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模塊電源有很多種類型,不同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、拓?fù)?、電路等都會有所不同,但是大致上差別不大。下面以反激式AC-DC電源模塊為例簡單講解下。
反激式AC-DC電源模塊優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜,適用小功率。缺點是功率較小,一般在150W以下,紋波較大,電壓負(fù)載調(diào)整率低,一般大于5%。設(shè)計難點主要是變壓器的設(shè)計,特別是寬輸入電壓范圍及多路輸出的模塊電源。
電源的基本組成部分總體如上圖所示,輸入電路包括防雷單元,EMI電路和整流濾波電路。防雷單元基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管的防雷電路使用較多,電路簡單并且價格便宜。
由于AC-DC電源模塊工作在高頻狀態(tài)及其高di/dt和高dv/dt,容易產(chǎn)生電磁干擾(EMI)信號。EMI信號不但具有很寬的頻率范圍,還具有一定的幅度,經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會污染電磁環(huán)境,對通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。設(shè)計EMI電路可以抑制模塊電源工作產(chǎn)生的輻射及傳導(dǎo)干擾對電網(wǎng)的影響。
整流濾波電路是交流電壓經(jīng)整流,再濾波后得到較為純凈的直流電壓。功率變換是設(shè)計的關(guān)鍵部分,其設(shè)計過程主要包括功率元件選擇和變壓器設(shè)計。
主電路:
沖擊電流限幅,限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。輸入濾波器其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。逆變可以將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電,這是高頻開關(guān)電源的核心部分。
控制電路:
一方面從輸出端取樣,與設(shè)定值進行比較,然后去控制逆變器,改變其脈寬或脈頻,使輸出穩(wěn)定,另一方面,根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù),經(jīng)保護電路鑒別,提供控制電路對電源進行各種保護措施。
芯片輔助元件:
一般電阻及接地電容決定了芯片內(nèi)部的振蕩頻率,大多數(shù)電源設(shè)計人員認(rèn)為芯片振蕩只要頻率對了就可以,其實不然,設(shè)計芯片振蕩RC的值還跟最大占空比有關(guān)。
啟動及輔助供電電路,其功能是實現(xiàn)電源芯片自啟動供電和正常工作供電。檢測電路,提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。還有開關(guān)管及其驅(qū)動、驅(qū)動電阻及其保護穩(wěn)壓二極管、電流采樣電阻及采樣電流濾波電路、吸收回路設(shè)計等基本組成部分。
整流二極管部分:
AC-DC電源模塊輸出整流二極管需要滿足溫升和耐壓值要求,解決溫升一般是使用肖特基二極管或選用電流更大的二極管。另外整流二極管本身就是一熱源,要注意散熱,不能放在發(fā)熱元件附近。二極管耐壓值選擇一般要大于兩倍的反激電壓,如果加入RC吸收電路來吸收二極管尖峰,可以選擇耐壓值大于1.5 倍反激電壓的二極管。
輸出整流及濾波:
反激式AC-DC電源模塊輸出濾波通常由二極管和濾波電容以及假負(fù)載組成,根據(jù)負(fù)載需要,提供穩(wěn)定可靠的直流電源。濾波電容的電解電容ESR比較大,所以主要考慮電容ESR對輸出電壓紋波的影響。
假負(fù)載部分:
其大小是由輔助繞組的供電決定,如果假負(fù)載太輕,那么模塊電源輸出空載時輔助繞組得不到足夠供芯片工作的能量,電源會打嗝。另外適當(dāng)加大假負(fù)載會提高電源動態(tài)和交叉調(diào)節(jié)能力。在調(diào)試電源中如果出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象,可以加大假負(fù)載再調(diào)試。
電源保護電路:
有短路保護、過壓保護、欠壓保護、過熱保護等。在輸出端短路的情況下,PWM 控制電路能夠把輸出電流限制在一個安全范圍內(nèi),它可以用多種方法來實現(xiàn)限流電路,當(dāng)功率限流在短路時不起作用時,只有另增設(shè)一部分電路。
輸出過壓保護電路的作用是當(dāng)輸出電壓超過設(shè)計值時,把輸出電壓限定在一安全值的范圍內(nèi)。當(dāng)模塊電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路出現(xiàn)故障或者由于用戶操作不當(dāng)引起輸出過壓現(xiàn)象時,過壓保護電路進行保護以防止損壞后級用電設(shè)備。
AC-DC模塊電源內(nèi)部電路板及元件貼片插件組成完成后,即可裝入外殼倒入硅膠封裝或直接使用外殼蓋封住。