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中电华星 如何选择高可靠模块电源

供稿:深圳市中电华星电子技术有限公司 2016/5/18 13:13:30

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  • 关键词: 电源 电子设备 PWM型变换器
  • 摘要:电源是各种电子设备必不可缺的组成部分,其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。本文介绍如何选择高可靠模块电源,以供参考。

电源是各种电子设备必不可缺的组成部分,其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源按功率管的工作方式分为线性电源和开关电源两大类。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源,电路技术比较成熟。具有低纹波、高稳压性能等优点。但由于必须使用工频变压器,且调整管工作在线性放大区,因而体积大和重量大、效率低。开关电源调整管工作在高频开关状态,功率损耗小,且使用小体积的高频变压器替代笨重的工频变压器来实现电压变换和电网隔离。


为解决传统的PWM型变换器的上述问题,可采用谐振、准谐振、多谐振以及具软开关的PWM型变换器。这些变换器吸收、利用了PWM型变换器中的寄生参数或外加电感、电容作为谐振参数,使变换器中的功率开关在零电压或零电流下开通和关断,开关两端的电压或经过开关的电流是正弦或半正弦波形。因此大大减少开关的瞬问损耗和开关应力以及电磁干扰和射频干扰.使其工作频率可进一步提高到1Mhz以上,效率达90%以上。再加上小型片状电子元器件,包括磁性材科,例如:平板型变压器等以及表面安装技术以及散热方式的改进,就使电源系列、标准化、模块化成为现实。


上世纪90年代初,以Vicor为代表的DC/DC模块电源大量面世,大大简化几十瓦到几百万甚至上千瓦电源的设计。模块电源采用优化的最佳电路,利用先进的制造工艺,构成一个整体的结构紧凑体积小的高质量的线性或开关型稳压电源。关键是电源系统设计者可把模块电源作为一个电源元件。使用时根据各自需要不外接或外接少量分立元件就可完成设计,使电源设计更简易。以模块电源取代分立元件设计方案,好比用微处理机代替集成块设计电子线路一样,可更加灵活快捷地完成系统设计及开发,缩短开发及更改设计所花费的时间,节省人力及技术投资。


目前,世界各地从事模块电源研制、生产的专业厂家很多。国外品牌例如Vicor,Cosel,TDK-LAMBDA等,都是老牌厂家,质量可靠,但是价格昂贵。近年来国内也涌现出一批高可靠的电源模块厂家,例如CEC Power Solutions,华为,CPT,中兴,金升阳等。已面市的有DC/DC、AC/DC(包括含功率因数校正的前端模块)、抗电磁干扰模块等许多系列。其输出功率范围从几瓦到几千瓦,工作温度从-55-125℃.输出结构有单路输出、双路输出、三路输出及五路输出,DC-DC模块的输入电压范围为4.5-800Vdc;AC-DC模块输人电压范围为85-264Vac。模块输出电压为1-700Vdc不等。且输出电压可以调整。模块并联运行中各模块之间可以精确地均流。模块还具有浪涌限制和各种检测及控制功能。为了确保整个设备在使用寿命期内以最佳性能连续工作,所有模块都不同程度地遵循和符合国际机构认定的标准EN\IEC\UL\CSA和VDE。这些高质量的电源模块给电源系统设计者在更大功率密度、高可靠性、灵活性、提高效率、减少配电损耗,便于热管理、故障容易配置以及缩短上市时间等方面提供很多方便。

这么多品牌和型号,我们该如何选择?重点需要考虑的几个方面,额定功率、封装形式、温度范围与降额使用、隔离电压、功耗和效率和价格等方面。

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30-90%为宜,具体比例大小还与其他因素有关。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,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,符合国际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,选择封装形式主要考虑一下三个方面:

(1)同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。例如CEC Power Solutions全砖1000W,半砖500W的产品,远超国际同业水平。

(2)尽量选择符合国际标准封装的产品,因为兼容性较好。不局限于一两个供货厂家。

(3)具有可扩展性便于系统扩容和升级。选择一种封装,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。全部符合国际标准,为业界广泛采用的半砖、全砖封装。也与VICOR,LAMBDA等著名品牌完全兼容。


3、变频与定频

和所有开关型器件一样DC/DC模块电源在工作时会产生噪声,因此滤波性能的好坏也是重要的选型依据。集成化的DC/DC模块电源通常采用的是变频开关技术或是定频开关技术。采用变频开关技术的变换器由于要根据负载状况进行不断调整,所以会导致频带展宽,增加滤波器的复杂度。固定频开关变换器在这方面则简便许多,甚至可以使用LC滤波器。

4、工作频率

一般面言工作频率越高,输出纹波噪声就更小,电源动态晌应也更好,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。例如CEC Power Solutions的标准模块产品大多定频在320KHZ,动态响应灵敏。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、隔离度

绝大多数的电路都必须实现隔离,即将负载连同负载对本地电源的噪声与电网的其他负责和噪声隔开,只有隔离变压器能够达到这个要求。在一定时限内模块电源所能承受的、施加在输入端和输出端之问的最高电压称为模块电源的隔离强度。而模块电源的额定工作电压是指变换器能长时间承受的加在输入端的电压这个电压低于隔离强度。在选择隔离型变换器时还需要考虑器件的泄漏电流指标泄漏电流是指因输入回路和输出回路之间的耦合电容而产生的电流。只要给定隔离电容的值并且确定噪声频率就可以根据阻抗计算出泄漏电容的大小。泄漏电流随噪声电压的增加而增大随隔离电容的减小而减小。因此设计低噪声电源时应该选择隔离强度高而隔离电容低的DC-DC模块电源,以减小泄漏电流。


CEC Power Solutions是中国电子信息产业集团旗下中电华星电子技术有限公司推出的电源模块产品品牌。产品涵盖单相、三相输入AC/DC电源。DC-AC逆变器,PFC整流模块,非标封装的大功率DC-DC模块,标准封装的DC-DC大功率模块,功率从几瓦到数千瓦。所有产品完全拥有自主知识产权且全部在国内生产。目前产品已广泛应用于雷达发射、接收系统舰船系统、无人机、通讯电台以及装备、弹载系统、加固计算机、军用通信交换机、高速铁路系统等高可靠性行业。

如您在应用上需要改良的标准品,我们的工程专家和制造能力都可以满足您的需求。

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