开关电源模块是将开关电源上的分立元器件进行模块化封装,从而形成体积更小、功率密度更高的模块电源 。其内部电路也是开关电源。

1.什么是开关电源模块

开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类,DC/DC变换器现已实现模块化,且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化,并已得到用户的认可,但AC/DC的模块化,因其自身的特性使得在模块化的进程中,遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。

 

什么是开关电源模块

(图片来源于互联网)

 

2.开关电源模块的优点

设计简单。只需一个电源模块,配上少量分立元件,即可获得电源。
缩短开发周期。模块电源一般备有多种输入、输出选择。用户也可以重复迭加或交叉迭加,构成积木式组合电源,实现多路输入、输出,大大削减了样机开发时间。
变更灵活。产品设计如需更改,只需转换或并联另一合适电源模块即可。
技术要求低。模块电源一般配备标准化前端、高集成电源模块和其他元件,因此令电源设计更简单。

模块电源外壳有集热沉、散热器和外壳三位一体的结构形式,实现了模块电源的传导冷却方式,使电源的温度值趋近于最小值。同时,又赋予了模块电源金玉其表的包装。
质优可靠。模块电源一般均采用全自动化生产,并配以高科技生产技术,因此品质稳定、可靠。

用途广泛:模块电源可广泛应用于航空航天、机车舰船、军工兵器、发电配电、邮电通信、冶金矿山、自动控制、家用电器、仪器仪表和科研实验等社会生产和生活的各个领域,尤其是在高可靠和高技术领域发挥着不可替代的重要作用。

 

开关电源模块的优点

(图片来源于互联网)

 

3.开关电源模块的作用

输出电压调节
对有TRIM或ADJ(可调节)输出引脚的模块电源产品,可通过电阻或电位器对输出电压进行一定范围内的调节,一般调节范围为±10%。

对TRIM输出引脚,将电位器的中心与TRIM相连,在所有+S、-S管脚的模块中,其他两端分别接+S、-S。没有+S、-S时,将两端分别接到相应主路的输出正负极(+S接+Vin,-S接-Vin),然后调节电位器即可。电位器的阻值一般选用5~10kΩ比较合适。
对ADJ输出引脚,分为输入边调节与输出边节。输出边调节与TRIM引脚的调节方式一样。输入边调节只能上调输出电压,此时将电位器的其中一端与中心相接,另一端接输入端的地。

输入保护电路

一般模块电源产品都有内置滤波器,能满足一般电源应用的要求。如果需要更高要求的电源系统,应增加输入滤波网络。可以采用LC或π型网络,但应注意尽量选择较小的电感和较大的电容。

为了防止输入电源瞬态高压损坏模块电源,建议用户在输入端接瞬态吸收二极管并配合保险丝使用,以确保模块在安全的输入电压范围之内。为了降低共模噪声,可以增加Y(Cy)电容,一般选择几nf高频电容。R为保险丝,D1为保护二极管,D2为瞬态吸收二极管(P6KE系列)。

遥控开/关电路

模块电源的遥控开关操作,是通过REM端进行的。一般控制方式有两种:
(1)REM与-VIN(参考地)相连,遥控关断,要求VREF<0.4V。REM悬空或与+VIN相连,模块工作,要求VREM>1V。
(2)REM与VIN相连,遥控关断,要求VREM<0.4V。REM与+VIN相连,模块工作,要求VREM>1V。REM悬空,遥控关断,即所谓“悬空关断”(-R)。
如果控制要与输入端隔离,则可以使用光电耦合器作为传递控制信号。

模块组合

(1)并联扩容。将相同模块输出端并联,可使输出能力增强,但并联模块的输出电压要调整得比较一致,以保证相对均流,同时避免不必要的振荡。对有较大电流输出的模块,还可以仔细设计引线电阻,以达到均流效果。用这种方法并联的模块,不宜超过2个。同时,如果其中一块模块输出有故障,整个系统都将不能正常工作。并联扩容连接电路RL为负载。
(2)冗余热备份并联。将相同的模块输出端通过二极管后并联可使输出能力增强,以提高电源系统的可靠性。原则上如果配合相应输出报警电路,将模块放在可以拆卸的母线上,这样,出现故障的模块可以及时更换。用这种方法并联的模块,没有量限制。D一般为肖特基二极管
(3)串联扩容。将相同模块输出端串联,可使输出电压倍增,功率也相应增加,而串联输出端须接二极管以进行保护。

铃流备份

铃流发生器主要用于电话局交换机给电话用户提供振铃,一般是在偏置状态下使用。偏置可分为正偏置和负偏置。为了提高铃流系统的可靠性,需要对铃流进行备份。

应用领域

开关电源模块应用在几大方面

1.电力,主要有集成器和电表以及智能电表

2.工控, 工业控制领域

3.医疗,医疗设备,主要有护胎仪,监护仪等等

4.军工,军工业是应用很广泛的一个方面。军用设备里。

EMI抑制

1MHZ以内,以差模干扰为主。

①增大X电容量;
②添加差模电感;
③小功率电源可采用 PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。

1MHZ-5MHZ,差模共模混合,采用输入端并联一系列 X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决,

①对于差模干扰超标可调整 X 电容量,添加差模电感器,调差模电感量;
②对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制;
③也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如 FR107 一对普通整流二极管1N4007。
5M以上,以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法。
对于外壳接地的,在地线上用一个磁环串绕 2-3 圈会对 10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用; 可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环. 处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。

20-30MHZ,

①对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置;
②调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值;
③在变压器外面包铜箔;变压器最里层加屏蔽层;调整变压器的各绕组的排布。
④改变PCB LAYOUT;
⑤输出线前面接一个双线并绕的小共模电感;
⑥在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数;
⑦在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE;
⑧在变压器的输入电压脚加一个小电容。
⑨可以用增大MOS驱动电阻.

30-50MHZ,普遍是MOS管高速开通关断引起。

①可以用增大MOS驱动电阻;
②RCD缓冲电路采用1N4007 慢管;
③VCC供电电压用1N4007 慢管来解决;
④或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感;
⑤在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路;
⑥在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE;
⑦在变压器的输入电压脚加一个小电容;
⑧PCB心LAYOUT 时大电解电容,变压器,MOS构成的电路环尽可能的小;
⑨变压器,输出二极管,输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。

50-100MHZ,普遍是输出整流管反向恢复电流引起。

①可以在整流管上串磁珠;
②调整输出整流管的吸收电路参数;
③可改变一二次侧跨接Y电容支路的阻抗,如PIN脚处加BEAD CORE或串接适当的电阻;
④也可改变MOSFET,输出整流二极管的本体向空间的辐射(如铁夹卡MOSFET; 铁夹卡DIODE,改变散热器的接地点);
⑤增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射。

200MHZ以上,开关电源已基本辐射量很小,一般可过EMI标准。

补充说明:
开关电源高频变压器初次间一般是屏蔽层的,以上未加缀述。开关电源是高频产品,PCB的元器件布局对EMI,请密切注意此点。
开关电源若有机械外壳,外壳的结构对辐射有很大的影响,请密切注意此点。主开关管、主二极管不同的生产厂家参数有一定的差异,对 EMC 有一定的影响,请密切注意此点

 

开关电源模块的作用

(图片来源于互联网)