电源模块的基本组成部分

  模块电源有很多种类型,不同产品的结构、拓扑、电路等都会有所不同,但是大致上差别不大。下面以反激式AC-DC电源模块为例简单讲解下。
       反激式AC-DC电源模块优点是结构简单,价格便宜,适用小功率。缺点是功率较小,一般在150W以下,纹波较大,电压负载调整率低,一般大于5%。设计难点主要是变压器的设计,特别是宽输入电压范围及多路输出的模块电源。
       电源的基本组成部分总体如上图所示,输入电路包括防雷单元,EMI电路和整流滤波电路。防雷单元基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的防雷电路使用较多,电路简单并且价格便宜。
由于AC-DC电源模块工作在高频状态及其高di/dt和高dv/dt,容易产生电磁干扰(EMI)信号。EMI信号不但具有很宽的频率范围,还具有一定的幅度,经传导和辐射会污染电磁环境,对通信设备和电子产品造成干扰。设计EMI电路可以抑制模块电源工作产生的辐射及传导干扰对电网的影响。整流滤波电路是交流电压经整流,再滤波后得到较为纯净的直流电压。功率变换是设计的关键部分,其设计过程主要包括功率元件选择和变压器设计。
主电路:
       冲击电流限幅,限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。输入滤波器其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍产生的杂波反馈回电网。逆变可以将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分。
控制电路:
        一方面从输出端取样,与设定值进行比较,然后去控制逆变器,改变其脉宽或脉频,使输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对电源进行各种保护措施。
芯片辅助元件:
        一般电阻及接地电容决定了芯片内部的振荡频率,大多数电源设计人员认为芯片振荡只要频率对了就可以,其实不然,设计芯片振荡RC的值还跟最大占空比有关。
启动及辅助供电电路,其功能是实现电源芯片自启动供电和正常工作供电。检测电路,提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。还有开关管及其驱动、驱动电阻及其保护稳压二极管、电流采样电阻及采样电流滤波电路、吸收回路设计等基本组成部分。
整流二极管部分:
        AC-DC电源模块输出整流二极管需要满足温升和耐压值要求,解决温升一般是使用肖特基二极管或选用电流更大的二极管。另外整流二极管本身就是一热源,要注意散热,不能放在发热元件附近。二极管耐压值选择一般要大于两倍的反激电压,如果加入RC吸收电路来吸收二极管尖峰,可以选择耐压值大于1.5 倍反激电压的二极管。
​输出整流及滤波:
       反激式AC-DC电源模块输出滤波通常由二极管和滤波电容以及假负载组成,根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。滤波电容的电解电容ESR比较大,所以主要考虑电容ESR对输出电压纹波的影响。
假负载部分:
        其大小是由辅助绕组的供电决定,如果假负载太轻,那么模块电源输出空载时辅助绕组得不到足够供芯片工作的能量,电源会打嗝。另外适当加大假负载会提高电源动态和交叉调节能力。在调试电源中如果出现打嗝现象,可以加大假负载再调试。
电源保护电路:
        有短路保护、过压保护、欠压保护、过热保护等。在输出端短路的情况下,PWM 控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内,它可以用多种方法来实现限流电路,当功率限流在短路时不起作用时,只有另增设一部分电路。
输出过压保护电路的作用是当输出电压超过设计值时,把输出电压限定在一安全值的范围内。当模块电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时,过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。
 AC-DC电源模块内部电路板及元件贴片插件组成完成后,即可装入外壳倒入硅胶封装或直接使用外壳盖封住。

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