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电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器件。其特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FPGA)及其他数字或模拟负载提供供电。
随着电子行业技术的进步,电源模块已经不能简单的列举它有几种了,分类的方式都有很多种。
〖One〗、按输入输出类型分:主要分为交流输入AC-DC模块电源和直流输入DC-DC模块电源,以及DC-AC逆变电源。
〖Two〗、按输出功率分:AC-DC模块电源主要分为小功率(3W~36W)、中功率(50W~200W)、大功率(>200W)。DC-DC模块电源主要分为微功率电源模块(0.1W~3W)、小功率电源模块(1W~30W)、中功率电源模块(50W~200W)、大功率电源模块(>200W)。
〖Three〗、按输入电压范围分:AC-DC电源模块按输入范围分为常规输入(85~265VAC)、三相四线制输入(380VAC)、及其它交流电压输入。DC-DC电源模块按输入范围分为稳定电压输入、宽范围电压输入、及超宽电压输入。
〖Four〗、按输出精度分:AC-DC电源模块分为稳压输出和可调输出俩种,DC-DC电源模块分为非稳压输出、稳压输出、可调输出。
〖Five〗、按隔离电压分:AC-DC电源模块分为隔离电压2000V、3000V、4000V等,DC-DC电源模块分为隔离电压1000V、1500V、3000V、6000V等。
〖Six〗、按应用场合分:有民用电源、通信电源、轨道交通电源、电力电源、工业电源、医疗电源、军用电源、航天电源等。
〖Seven〗、按电源模块封装形式分:AC-DC模块电源主要分为裸板式电源、卧式封装电源和导轨式封装电源。DC-DC模块电源主要分为贴片封装、单列直插式封装、双列直插式封装、导轨电源及砖电源模块。一般电源模块是指将所有功能封闭在一个模块化产品中,体积小、可靠性高、使用方便。不仅便于更换,同时还具有防水、防尘、防潮、防震、阻燃等特点,还有一些产品可进行冗余供电。
电源模块虽然种类很多,但多数是采用开关电源设计,主要的目的还是为了减轻重量和减小体积。与普通电源的作用差不多,只不过在功能上会多了一点及功率密度很高。
〖One〗、普通电源分类有:开关电源、逆变电源、交流稳压电源、直流稳压电源、DC/DC电源、稳压电源、通信电源、模块电源、变频电源、UPS电源、EPS应急电源、净化电源、PC电源、整流电源、定制电源、加热电源、焊接电源/电弧电源、电镀电源、网络电源、电力操作电源、适配器电源、线性电源、电源控制器/驱动器、功率电源、其他普通电源逆变电源、参数电源、调压电源、变压器电源。
〖Two〗、特种电源分类有:安防电源、高压电源、医疗电源、军用电源、航空航天电源、激光电源、其他特种电源。
选取使用DC/DC模块电源除了最基本的电压转换功能外,还有以下几个方面需要考虑:1.额定功率一般建议实际使用功率是模块电源额定功率的30~80%为宜(具体比例大小还与其他因素有关,后面将会提到。),这个功率范围内模块电源各方面性能发挥都比较充分而且稳定可靠。负载太轻造成资源浪费,太重则对温升、可靠性等不利。所有模块电源均有一定的过载能力,例如司产品可达110~120%,但是仍不建议长时间工作在过载条件下,毕竟这是一种短时应急之计。2.封装形式模块电源的封装形式多种多样,符合世界标准的也有,非标准的也有,就同一公司产品而言,相同功率产品有不同封装,相同封装有不同功率,那么怎么选取封装形式呢?主要有三个方面:①一定功率条件下体积要尽量小,这样才能给系统其他部分更多空间更多功能;②尽量选取符合世界标准封装的产品,因为兼容性较好,不局限于一两个供货厂家;③应具有可扩展性,便于系统扩容和升级。选取一种封装,系统由于功能升级对电源功率的要求提高,电源模块封装依然不变,系统线路板设计可以不必改动,从而大大简化了产品升级更新换代,节约时间。3.温度范围与降额使用一般厂家的模块电源都有几个温度范围产品可供选用:商品级、工业级、军用级等,在选取模块电源时一定要考虑实际需要的工作温度范围,因为温度等级不同材料和制造工艺不同费用就相差很大,选取不当还会影响使用,因此不得不慎重考虑。可以有两种选取方法:一是根据使用功率和封装形式选取,如果在体积(封装形式)一定的条件下实际使用功率已经接近额定功率,那么模块标称的温度范围就必须严格满足实际需要甚至略有裕量。二是根据温度范围来选,如果由于成本考虑选取了较小温度范围的产品,但有时也有温度逼近极限的情况,怎么办呢?降额使用。即选取功率或封装更大一些的产品,这样“大马拉小车”,温升要低一些,能够从一定程度上缓解这一矛盾。降额比例随功率等级不同而不同,一般50W以上为3~10W/℃。总之要么选取宽温度范围的产品,功率利用更充分,封装也更小一些,但费用较高;要么选取一般温度范围产品,费用低一些,功率裕量和封装形式就得大一些。应折衷考虑。4.工作频率一般而言工作频率越高,输出纹波噪声就更小,电源动态响应也更好,但是对元器件特别是磁性材料的要求也越高,成本会有增加,所以国内模块电源产品开关频率多为在300kHz以下,甚至有的只有100kHz左右,这样就难以满足负载变条件下动态响应的要求,因此高要求场合应用要考虑采用高开关频率的产品。另外一方面当模块电源开关频率接近信号工作频率时容易引起差拍振荡,选用时也要考虑到这一点。5.隔离电压一般场合使用对模块电源隔离电压要求不是很高,但是更高的隔离电压可以保证模块电源具有更小的漏电流,更高的安全性和可靠性,并且EMC特性也更好一些,因此近来业界普遍的隔离电压水平为1500VDC以上。6.故障保护功能有关统计数据表明,模块电源在预期有效时间内失效的主要原因是外部故障条件下损坏。而正常使用失效的机率是很低的。因此延长模块电源寿命、提高系统可靠性的重要一环是选取保护功能完善的产品,即在模块电源外部电路出现故障时模块电源能够自动进入保护状态而不至于永久失效,外部故障消失后应能自动恢复正常。模块电源的保护功能应至少包括输入过压、欠压、软启动保护;输出过压、过流、短路保护,大功率产品还应有过温保护等。7.功耗和效率根据公式,其中Pin、Pout、P耗分别为模块电源输入、输出功率和自身功率损耗。由此可以看出,输出功率一定条件下,模块损耗P耗越小,则效率越高,温升就低,寿命更长。除了满载正常损耗外,还有两个损耗值得注意:空载损耗和短路损耗(输出短路时模块电源损耗),因为这两个损耗越小,表明模块效率越高,特别是短路未能及时采取措施的情况下,可能持续较长时间,短路损耗越小则因此失效的机率也大大减小。当然损耗越小也更符合节能的要求。
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