開關電源模塊

開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現已實現模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化，並已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為複雜的技術和工藝製造問題。

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調製方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調製方式，ton不變，改變Ts（易產生干擾）。其具體的電路由以下幾類：

（1） Buck電路――降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小於輸入電壓Ui，極性相同。

（2） Boost電路――升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大於輸入電壓Ui，極性相同。

（3） Buck-Boost電路――降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大於或小於輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。

（4） Cuk電路――降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大於或小於輸入電壓UI,極性相反，電容傳輸。

當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍，美國VICOR公司設計製造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種採用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為（200~300）kHz，功率密度已達到27 W/cm3，採用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極體），是整個電路效率提高到90%。

AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由於內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由於同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須採用電源系統優化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

設計簡單。只需一個電源模塊，配上少量分立元件，即可獲得電源。

縮短開發周期。模塊電源一般備有多種輸入、輸出選擇。用戶也可以重複迭加或交叉迭加，構成積木式組合電源，實現多路輸入、輸出，大大削減了樣機開發時間。

變更靈活。產品設計如需更改，只需轉換或並聯另一合適電源模塊即可。

技術要求低。模塊電源一般配備標準化前端、高集成電源模塊和其他元件，因此令電源設計更簡單。

模塊電源外殼有集熱沉、散熱器和外殼三位一體的結構形式，實現了模塊電源的傳導冷卻方式，使電源的溫度值趨近於最小值。同時，又賦予了模塊電源金玉其表的包裝。

質優可靠。模塊電源一般均採用全自動化生產，並配以高科技生產技術，因此品質穩定、可靠。

用途廣泛：模塊電源可廣泛應用於航空航天、機車艦船、軍工兵器、發電配電、郵電通信、冶金礦山、自動控制、家用電器、儀器儀錶和科研實驗等社會生產和生活的各個領域，尤其是在高可靠和高技術領域發揮著不可替代的重要作用。

輸出電壓調節

對有TRIM或ADJ(可調節)輸出引腳的模塊電源產品，可通過電阻或電位器對輸出電壓進行一定範圍內的調節，一般調節範圍為±10%。

對TRIM輸出引腳，將電位器的中心與TRIM相連，在所有+S、－S管腳的模塊中，其他兩端分別接+S、－S。沒有+S、－S時，將兩端分別接到相應主路的輸出正負極(+S接+Vin，－S接－Vin)，然後調節電位器即可。電位器的阻值一般選用5～10kΩ比較合適。

對ADJ輸出引腳，分為輸入邊調節與輸出邊節。輸出邊調節與TRIM引腳的調節方式一樣。輸入邊調節只能上調輸出電壓，此時將電位器的其中一端與中心相接，另一端接輸入端的地。

輸入保護電路

一般模塊電源產品都有內置濾波器，能滿足一般電源應用的要求。如果需要更高要求的電源系統，應增加輸入濾波網路。可以採用LC或π型網路，但應注意盡量選擇較小的電感和較大的電容。

為了防止輸入電源瞬態高壓損壞模塊電源，建議用戶在輸入端接瞬態吸收二極體並配合保險絲使用，以確保模塊在安全的輸入電壓範圍之內。為了降低共模雜訊，可以增加Y(Cy)電容，一般選擇幾nf高頻電容。R為保險絲，D1為保護二極體，D2為瞬態吸收二極體(P6KE系列)。

遙控開/關電路

模塊電源的遙控開關操作，是通過REM端進行的。一般控制方式有兩種：

(1)REM與－VIN(參考地)相連，遙控關斷，要求VREF<0.4V。REM懸空或與+VIN相連，模塊工作，要求VREM>1V。

(2)REM與VIN相連，遙控關斷，要求VREM<0.4V。REM與+VIN相連，模塊工作，要求VREM>1V。REM懸空，遙控關斷，即所謂“懸空關斷”(－R)。

如果控制要與輸入端隔離，則可以使用光電耦合器作為傳遞控制信號。

模塊組合

(1)並聯擴容。將相同模塊輸出端並聯，可使輸出能力增強，但並聯模塊的輸出電壓要調整得比較一致，以保證相對均流，同時避免不必要的振蕩。對有較大電流輸出的模塊，還可以仔細設計引線電阻，以達到均流效果。用這種方法並聯的模塊，不宜超過2個。同時，如果其中一塊模塊輸出有故障，整個系統都將不能正常工作。並聯擴容連接電路RL為負載。

(2)冗餘熱備份並聯。將相同的模塊輸出端通過二極體后並聯可使輸出能力增強，以提高電源系統的可靠性。原則上如果配合相應輸出報警電路，將模塊放在可以拆卸的母線上，這樣，出現故障的模塊可以及時更換。用這種方法並聯的模塊，沒有量限制。D一般為肖特基二極體。

(3)串聯擴容。將相同模塊輸出端串聯，可使輸出電壓倍增，功率也相應增加，而串聯輸出端須接二極體以進行保護。

鈴流備份

鈴流發生器主要用於電話局交換機給電話用戶提供振鈴，一般是在偏置狀態下使用。偏置可分為正偏置和負偏置。為了提高鈴流系統的可靠性，需要對鈴流進行備份。

應用領域

開關電源模塊應用在幾大方面

1.電力，主要有集成器和電錶以及智能電錶

2.工控，工業控制領域

3.醫療，醫療設備，主要有護胎儀，監護儀等等

4.軍工，軍工業是應用很廣泛的一個方面。軍用設備里。

1MHZ以內，以差模干擾為主。

①增大X電容量；

②添加差模電感；

③小功率電源可採用 PI 型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。

1MHZ-5MHZ，差模共模混合，採用輸入端並聯一系列 X 電容來濾除差摸干擾並分析出是哪種干擾超標並以解決，

①對於差模干擾超標可調整 X 電容量，添加差模電感器，調差模電感量；

②對於共模干擾超標可添加共模電感，選用合理的電感量來抑制；

③也可改變整流二極體特性來處理一對快速二極體如 FR107 一對普通整流二極體1N4007。

5M以上，以共摸干擾為主，採用抑制共摸的方法。

對於外殼接地的，在地線上用一個磁環串繞 2-3 圈會對 10MHZ 以上干擾有較大的衰減作用; 可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔, 銅箔閉環. 處理後端輸出整流管的吸收電路和初級大電路並聯電容的大小。

20-30MHZ，

①對於一類產品可以採用調整對地Y2 電容量或改變Y2 電容位置；

②調整一二次側間的Y1 電容位置及參數值；

③在變壓器外麵包銅箔；變壓器最裡層加屏蔽層；調整變壓器的各繞組的排布。

④改變PCB LAYOUT；

⑤輸出線前面接一個雙線並繞的小共模電感；

⑥在輸出整流管兩端並聯RC濾波器且調整合理的參數；

⑦在變壓器與MOSFET之間加BEAD CORE；

⑧在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容。

⑨可以用增大MOS驅動電阻.

30-50MHZ，普遍是MOS管高速開通關斷引起。

①可以用增大MOS驅動電阻；

②RCD緩衝電路採用1N4007 慢管；

③VCC供電電壓用1N4007 慢管來解決；

④或者輸出線前端串接一個雙線並繞的小共模電感；

⑤在MOSFET的D-S腳並聯一個小吸收電路；

⑥在變壓器與MOSFET之間加BEAD CORE；

⑦在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容；

⑧PCB心LAYOUT 時大電解電容，變壓器，MOS構成的電路環儘可能的小；

⑨變壓器，輸出二極體，輸出平波電解電容構成的電路環儘可能的小。

50-100MHZ，普遍是輸出整流管反向恢複電流引起。

①可以在整流管上串磁珠；

②調整輸出整流管的吸收電路參數；

③可改變一二次側跨接Y電容支路的阻抗，如PIN腳處加BEAD CORE或串接適當的電阻；

④也可改變MOSFET，輸出整流二極體的本體向空間的輻射（如鐵夾卡MOSFET; 鐵夾卡DIODE，改變散熱器的接地點）；

⑤增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射。

200MHZ以上，開關電源已基本輻射量很小，一般可過EMI標準。

補充說明:

開關電源高頻變壓器初次間一般是屏蔽層的，以上未加綴述。開關電源是高頻產品，PCB的元器件布局對EMI,請密切注意此點。

開關電源若有機械外殼，外殼的結構對輻射有很大的影響，請密切注意此點。主開關管、主二極體不同的生產廠家參數有一定的差異，對 EMC 有一定的影響，請密切注意此點