王曉平

(國家新聞出版廣電總局二○二二臺,新疆喀什 844000)

模塊電源的應(yīng)用

王曉平

(國家新聞出版廣電總局二○二二臺,新疆喀什 844000)

模塊電源是一種采用先進工藝制造,可為發(fā)射機先進的控制系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的電源。本文對模塊電源的特點、選用、及使用注意事項逐一介紹。

模塊電源 功率 穩(wěn)壓 使用

TSW2500型500KW短波發(fā)射機是目前世界上較為先進的短波發(fā)射機。我國于2001年開始引進，現(xiàn)已成為主力機型之一。TSW2500短波發(fā)射機擁有先進的控制系統(tǒng)。，系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：中央控制系統(tǒng)(ECAM/ECOS)、順序控制器(SC)和馬達控制器(MC)。控制系統(tǒng)電路板對其提供給工作的電源要求非常高，需要電壓穩(wěn)定、紋波小的DC開關(guān)電源，整部發(fā)射機使用了兩套±15V及+5VDC/DC模塊電源。模塊電源質(zhì)量指標(biāo)好壞直接影響到發(fā)射機的穩(wěn)定可靠運行，本文就模塊電源相關(guān)知識做一介紹。

1 電源模塊的特點

模塊電源是指采用優(yōu)化的最佳電路，利用先進的制造工藝，構(gòu)成一個整體的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、高質(zhì)量的線性或開關(guān)型穩(wěn)壓電源。

(1)設(shè)計簡單。只有一個電源模塊，配上幾個離散的組件，可以獲得電源。

(2)開發(fā)周期短。通常配備各種輸入、輸出、電源模塊的選擇。根據(jù)需要也可以重復(fù)疊加或交叉疊加，結(jié)合模塊化電源，實現(xiàn)多通道輸入，輸出，大大減少了開發(fā)時間的原型。

(3)靈活變化。如果你按照需求想改變產(chǎn)品設(shè)計，只需要轉(zhuǎn)換或平行的另一個合適的電源模塊。

(4)低技術(shù)要求。功率通常配備標(biāo)準(zhǔn)化的前端模塊、高集成功率模塊和其他組件，因此電源設(shè)計更簡單。

(5)電源模塊外殼有一組散熱器、散熱器和結(jié)構(gòu)的殼三位一體，電源模塊之間的冷卻方式，使熱量快速地散發(fā)，保持最低的溫度。

(6)質(zhì)量可靠。電源模塊通常采用自動生產(chǎn)、高科技生產(chǎn)技術(shù)，質(zhì)量穩(wěn)定、可信。

(7)應(yīng)用廣泛?？蓮V泛用于航空航天、電源模塊、軍事武器、機車艦船配電、郵電、冶金、礦業(yè)、自動控制、家用電器、儀器儀表、科學(xué)實驗和社會生產(chǎn)和生活領(lǐng)域，尤其是在領(lǐng)域的高可信性和高技術(shù)發(fā)揮著不可替代的作用。

2 模塊電源的選用

選用用于DC/DC模塊電源除了最基本的電壓轉(zhuǎn)換功能，還需要考慮以下幾個因素：

(1)額定功率。一般建議功率是額定功率模塊電源應(yīng)該是30～80% (具體比例大小和其他因素有關(guān)的，下面討論)。模塊的性能，功率范圍足夠穩(wěn)定和可靠。大負載的光導(dǎo)致資源的浪費，太沉重的溫升、可靠性和其他不利。所有的電源模塊具有一定的過載能力，達到120～150%，但仍不建議長時間工作在過載情況下，只適合短期緊急。

(2)包裝形式。封裝的模塊電源形式多樣，有國際標(biāo)準(zhǔn)，非標(biāo)準(zhǔn)，按相同的產(chǎn)品，相同的電力產(chǎn)品有不同的包裝，相同的封裝有不同的功率，選用包裝形式主要考慮三個方面：1)滿足條件下體積盡量小，這樣有利于安裝；2)盡量選用更多的空間更多的功能性產(chǎn)品，符合國際標(biāo)準(zhǔn)的包裝，因為更好的兼容性，這樣可選擇更多的供應(yīng)商；3)應(yīng)該有可伸縮性，便于系統(tǒng)的擴展和升級。選用一個包裝，系統(tǒng)因為增加的功能升級的電力需求是電源模塊封裝不變，系統(tǒng)電路板設(shè)計可以不必啟動，從而大大簡化升級產(chǎn)品升級，以節(jié)省時間。

(3)溫度范圍與降額使用。一般廠家的模塊電源都有幾個溫度范圍產(chǎn)品可供選用；商品級、工業(yè)級、軍用級等，在選用模塊電源時一定要考慮實際需要的工作溫度范圍，因為溫度等級不同材料和制造工藝不同價格就相差很大，選用不當(dāng)還會影響使用，應(yīng)此不得不慎重考慮。有兩種選擇方法：一是基于權(quán)力的使用和選擇的包裝格式，如果一定量的條件下接近實際使用的額定功率，額定溫度范圍模塊必須滿足實際需要，即使是輕微的邊緣。二是根據(jù)溫度的范圍內(nèi)選擇，如果由于產(chǎn)品成本考慮選擇較小的溫度，但有時也有一個溫度接近極限，怎么辦？降額使用。選擇權(quán)或封裝較大的產(chǎn)品，如大馬拉小車，較低的溫度下，在一定程度上，緩解矛盾。降額比與額定功率的變化，一般大于50W的為3W/℃～10?？傊催x用寬溫度范圍的產(chǎn)品，功率利用更充分，封裝也更小一些，但價格較高；要么選用一般溫度范圍產(chǎn)品，價格低一些，功率裕量和封裝形式就行大一些。應(yīng)折衷考慮。

(4)工作頻率。一般而言工作頻率越高，輸出紋波噪聲就更小，電源動態(tài)響應(yīng)也更好，但是對元器件特別是磁性材料的要求也越高，成本會有增加，所以國內(nèi)模塊電源產(chǎn)品開關(guān)頻率多為在300kHz以下，甚至有的只有100kHz左右，這樣就難以滿足負載變條件下動態(tài)響應(yīng)的要求，因此高要求場合應(yīng)用要考慮采用高開關(guān)頻率的產(chǎn)品。另外一方面當(dāng)模塊電源開關(guān)頻率接近信號工作頻率時容易引起差拍振蕩，選用時也要考慮到這一點。進口模塊電源開關(guān)頻率最高可達500kHz，具有優(yōu)良的輸出特性。

(5)隔離電壓。一般場合用于對模塊電源隔離電壓要求不是很高，但是更高的隔離電壓可以保證模塊電源具有更小的漏電流，更高的安全性和可靠性，并且EMC特性也更好一些，因此目前業(yè)界普遍的隔離電壓水平為1500VDC以上。

(6)故障保護功能。模塊電源在預(yù)期有效時間內(nèi)失效的主要原因是外部故障條件下?lián)p壞。而正常用于失效的機率是很低的。因此延長模塊電源壽命、提高系統(tǒng)可靠性的重要一環(huán)是選用保護功能完善的產(chǎn)品，即在模塊電源外部電路出現(xiàn)故障時模塊電源能夠自動進入保護狀態(tài)而不至于永久失效，外部故障消失后應(yīng)能自動恢復(fù)正常。模塊電源的保護功能應(yīng)至少包括輸入過壓、欠壓、軟啟動保護；輸出過壓、過流、短路保護，大功率產(chǎn)品還應(yīng)有過溫保護等。

(7)功耗和效率：根據(jù)公式Pout=Pin-P耗，其中Pin、Pout、P耗分別為模塊電源輸入、輸出功率和自身功率損耗。由此可以看出，輸出功率一定條件下，模塊損耗P耗越小，則效率越高，溫升就低，壽命更長。除了滿載正常損耗外，還有兩個損耗值得注意：空載損耗和短路損耗(輸出短路時模塊電源損耗)，因為這兩個損耗越小，表明模塊效率越高，特別是短路未能及時采取措施的情況下，可能持續(xù)較長時間，短路損耗越小則因此失效的機率也大大減小。當(dāng)然損耗越小也更符合節(jié)能的要求。

3 使用模塊電源的注意事項

(1)極輕載使用。一般模塊電源有最小負載限制，各廠家有所不同，普遍為10%左右，因為負載太輕時儲能元件續(xù)流困難會發(fā)生電流不連續(xù)，從而導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定，這是由電源本身的工作原理決定的。但是如果用戶的確有輕載甚至空載用于的情況怎么辦呢，最方便有效的方法是加一定的假負載，約為輸出功率的2%左右，可以由模塊廠商出廠前預(yù)置，也可以由用戶在模塊外安裝適當(dāng)電阻作為負載。值得注意的是如果選用前者，模塊效率會有所降低。但是有的進口模塊設(shè)有電路拓撲卻沒有最小負載限制，可以滿足用戶從空載到滿載的正常使用。

(2)多路輸出功率分配。選用多路輸出模塊電源時要注意不同路輸出之間的功率分配。以雙路產(chǎn)品為例，一般有兩種類型：一種是雙路平衡負載的，即雙路電流大小一樣；另一種是不平衡負載的，即主、輔路負載電流不相同，主路大，輔路小。對于這種產(chǎn)品，建議選用輔路與主路功率之比為1/5～1/2為宜，在此范圍內(nèi)輔路的電壓穩(wěn)定性才有保證(可在5%以內(nèi))，否則輔路電壓就會偏高或偏低。另一方面如果雙路負載本來就不相同也盡量不要選用平衡負載型模塊電源，因為此種電源專門針對對稱負載設(shè)計，若負載不平衡輔路電壓精度不高。

(3)設(shè)法降低模塊電源的溫升。模塊內(nèi)部器件的工作溫度的高低直接影響模塊電源的壽命，器件溫度越低模塊壽命越長。在一定的工作條件下，模塊電源的損耗是一定的，但是可以通過改善模塊電源的散熱條件來降低其溫升，從而大大延長其用于壽命。

在某些情況下，電源模塊是肯定的，但可以改善散熱條件模塊電源降低溫升，從而大大延長了生命。比如：50W以上的模塊電源必須安裝散熱器，散熱器的表面積越大越有利于散熱，且散熱器的安裝方向應(yīng)盡量有利于空氣的自然對流，功率在150W以上除安裝散熱器以外還可以加裝扇強制風(fēng)冷。此外在環(huán)境溫度較高或空氣流通條件較差的地方模塊須降額用于以減小功耗從而降低溫升，延長用于壽命。

(4)合理安裝減小機械應(yīng)力。模塊電源的引出方式均為金屬針，模塊電源與外接線路、金屬針與模塊電源內(nèi)路電路均采用焊接方式連接。在一些特殊的場合機械振動強度大，規(guī)范其上還裝有大功率散熱器模塊，電源，這種情況更為嚴(yán)重。雖然模塊電源內(nèi)部一般灌封導(dǎo)熱絕緣橡膠可以對元件起到較好的緩沖保護作用，但焊點有可能經(jīng)受不住強烈振動應(yīng)力而斷裂，導(dǎo)致模塊電源工作失效，這時必須在焊接的基礎(chǔ)上再采取另外的固定和緩沖措施，如可以用夾具或螺栓(螺釘孔模塊)組件模塊和振動對底盤等良好的性能，大的電路板組件固定，其中一些緩沖墊彈性材料所產(chǎn)生的應(yīng)力振動。

4 結(jié)語

隨著技術(shù)的發(fā)展，模塊電源的應(yīng)用越來越廣泛。模塊電源和其它元器件一樣只有精心選用、合理應(yīng)用才能使其性能得到最大發(fā)揮，可靠性得到充分保障，模塊電源也才會被更廣泛地采用。

[1]王水平.開關(guān)電源原理與應(yīng)用設(shè)計[M].人民郵電出版社,2012(1).