第一節(jié) 產(chǎn)品定義及應(yīng)用特點(diǎn)
一、產(chǎn)品定義
電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應(yīng)器，其特點(diǎn)是可為專用集成電路（ASIC）、數(shù)字信號處理器(DSP)、微處理器、存儲(chǔ)器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。一般來說，這類模塊稱為負(fù)載點(diǎn)(POL)電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點(diǎn)電源供應(yīng)系統(tǒng)(PUPS)。
定電壓隔離電源模塊適用于分布式電源供電系統(tǒng)及使用小功率電源供電的電路。是一類專用型的電源模塊。
二、應(yīng)用特點(diǎn)
微小型電源模塊主要特點(diǎn)如下：1、體積?。鹤钚◇w積為11.6X5.8X10mm,大大節(jié)約了線路板面積，適應(yīng)小型化電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求。
2、溫升低：采用散熱性能優(yōu)良的陶瓷厚膜電路，正常工作溫升小于20度，無需外加散熱裝置。
3、可靠性很高：采用世界著名品牌表貼元件，SMT制作工藝，MTBF>100萬小時(shí)。
4、隔離特性好：產(chǎn)品輸入輸出間的電氣隔離能力可達(dá)1000VDC及3000VDC
5、工業(yè)級產(chǎn)品：產(chǎn)品工作環(huán)境溫度為-40℃--85℃。
6、外圍電路簡單：在一般應(yīng)用中，輸入、輸出端均無需外接任何濾波及其它輔助電路。
第二節(jié) 定電壓隔離電源模塊 行業(yè) 發(fā)展歷程
上世紀(jì)80年代，大功率AC/DC開關(guān)電源(400VAC輸入、輸出48VDC、500W-6kW)成為通信系統(tǒng)一次電源的主流產(chǎn)品，稱為開關(guān)整流器SMR(Switching-modeRectifier)。配置48/±5，±12VDC-DC開關(guān)變換器模塊和鈴流模塊，稱為二次電源。開關(guān)整流器與相控整流器比較，在體積、重量和效率幾方面更為優(yōu)越(下表)。
100A/48V輸出的開關(guān)整流器和相控整流器比較
隨著微處理器ULSI尺寸不斷減小，供電電源的尺寸與微處理器相比更大得多，需要發(fā)展小型輕型電源(見下表)；電源的小型化、輕量化，對便攜式通信設(shè)備(如移動(dòng)電話等)更為重要。為達(dá)到高功率密度，必須提高開關(guān)電源工作頻率。下代微處理機(jī)還要求更低輸出電壓(≤1V)的開關(guān)電源。
50A/48V開關(guān)整流器重量變化過程
對通信開關(guān)電源的要求是：高功率密度、外形尺寸小、高效率、高性能、高可靠性、高功率因數(shù)(AC輸入端)，以及智能化、低成本、EMI小、可制造性(Manufacturability)、分布電源結(jié)構(gòu)(DistributedPowerArchitecture)等。
20世紀(jì)推動(dòng)開關(guān)電源性能和質(zhì)量不斷提高的主要技術(shù)是：
1、新型高頻功率半導(dǎo)體器件
如功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶體管和中小電流的晶閘管，使開關(guān)電源工作頻率可達(dá)到400kHz(AC-DC開關(guān)變換器)和1MHZ(DC-DC)開關(guān)變換器，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源高頻化有了可能。超快恢復(fù)功率二極管和MOSFET同步整流技術(shù)的開發(fā)，也為研制高效低電壓輸出(≤3V)的開關(guān)電源創(chuàng)造了條件。
2、軟開關(guān)技術(shù)
PWM開關(guān)電源按硬開關(guān)模式工作(開/關(guān)過程中，電壓下降/上升/下降波形有交疊)，因而開關(guān)損耗大。開關(guān)電源高頻化可以縮小體積重量，但開關(guān)損耗卻更大了(功耗與頻率成正比)。為此必須 研究 開關(guān)電壓/電流波形不交疊的技術(shù)，即所謂零電壓(ZVS)/零電流(ZCS)開關(guān)技術(shù)，或稱軟開關(guān)技術(shù)(相對于PWM硬開關(guān)技術(shù)而言)。
90年代中期，30A/48V開關(guān)整流器模塊采用移相全橋(Phase-shiftedFullbridge)ZVS-PWM技術(shù)后，重7。比用PWM技術(shù)的同類產(chǎn)品，重量下降40％。軟開關(guān)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用提高了開關(guān)電源的效率，據(jù)說，最近國外小功率DC-DC開關(guān)電源模塊(48/12V)總功率可達(dá)到96％；48/5VDC-DC開關(guān)電源模塊的效率可達(dá)到92-93％。20世紀(jì)末，國內(nèi)生產(chǎn)的50-100A輸出、全橋移相ZV-ZCS-PWM開關(guān)電源模塊的效率超過93％。
3、控制技術(shù)
電流型控制及多環(huán)控制(Multi-loopcontrol)已得到較普遍應(yīng)用；電荷控制(Chargecontrol)，一周期控制(One-cyclecontrol)，數(shù)字信號處理器(DSP)控制等技術(shù)的開發(fā)及相應(yīng)專用集成控制芯片的研制，使開關(guān)電源動(dòng)態(tài)性能有很大提高，電路也大幅度簡化。
4、有源功率因數(shù)校正技術(shù)
由于輸入端有整流元件和濾波電容，單相AC-DC開關(guān)電源及一大類整流電源供電的電子設(shè)備，其電網(wǎng)側(cè)(輸入端)功率因數(shù)僅為0.65。用有源功率校正技術(shù)(ActivePowerFactorCorrection)，簡稱APPC，可提高到0.95-0.99，既治理了電網(wǎng)的諧波“污染”，又提高了開關(guān)電源的整體效率。單相APFC是DC-DC開關(guān)變換器拓?fù)浜凸β室驍?shù)控制技術(shù)的具體應(yīng)用，而三相APFCA則是三相PWM整流開關(guān)拓?fù)浜凸β室驍?shù)控制技術(shù)的結(jié)合。
國內(nèi)通信電源專業(yè)工廠已將有源功率因數(shù)校正技術(shù)應(yīng)用于輸出6kW、100A通信用AC-DC開關(guān)電源中，輸入端功率因數(shù)可達(dá)0.92-0.93。
5、Magamp后置調(diào)節(jié)器技術(shù)
80年代，由于高頻磁性材料，如非晶態(tài)軟磁合金(Amorphous)、超微晶軟磁合金(Nano-crystallinealloy)等的發(fā)展，使有可能在多路輸出的高頻(＞100kHz)開關(guān)電源中用高頻磁放大器(Magamp)，即可控飽和電感(ControlledSaturableIndutor)，作為其中一路輸出的電壓調(diào)節(jié)器(OutputRegulator)，稱為后置調(diào)節(jié)器(Post-regulator)。其優(yōu)點(diǎn)是：電路簡單、EMI小、可靠、高效，可較精確地調(diào)節(jié)輸出電壓。特別適合應(yīng)用于輸出電流1安到幾十安的開關(guān)電源。
6、飽和電感技術(shù)
飽和電感(Saturableinductor)是帶鐵心(無空隙)的線圈，其特點(diǎn)是：鐵心的飽和程度和電感量隨通過的電流大小而變。如果鐵心磁特性是理想的(例如呈矩形)，則飽和電感工作時(shí)，類似一個(gè)開關(guān)。在開關(guān)電源中，應(yīng)用飽和電感可以吸收浪涌、抑制尖峰、消除寄生振蕩，和快恢復(fù)整流管串聯(lián)時(shí)可使整流管損耗減小。
飽和電感在開關(guān)電源中的應(yīng)用
1）用作移相全橋ZVS-PWM開關(guān)電源的諧振電感，從而擴(kuò)大了輕載下開關(guān)電源滿足ZVS條件的范圍。
2）消除開關(guān)電源的二次寄生振蕩
與開關(guān)電源的隔離變壓器副邊輸出整流管串聯(lián)，可消除二次寄生振蕩(Secondaryparasiticringing)，減少循環(huán)能量，并使移相全橋ZVS-PWM開關(guān)電源的占控比損失最小。
3）移相全橋ZVS-PWM開關(guān)電源中實(shí)現(xiàn)ZV-ZCS
和電容串接在移相全橋ZVS-PWM開關(guān)電源變壓器原邊，超前臂開關(guān)管按ZVS工作；當(dāng)負(fù)載電流趨近于零時(shí)，電感量增大，阻止電流反向變化；創(chuàng)造了滯后臂開關(guān)管ZCS條件，實(shí)現(xiàn)移相全橋ZV-ZCSPWM開關(guān)電源。
7、分布電源技術(shù)、并聯(lián)均流技術(shù)
分布電源技術(shù)(DistributebPowerTechnipue)是將250-425/48VDC-DC變換器產(chǎn)生的48V母線(DistributedBus)電壓，供電給負(fù)載板(Board)，再通過板上(Onboard)若干個(gè)并聯(lián)的薄型(LowProfile)DC-DC變換器，將48V變換為負(fù)載所需的3.3-5V電壓。一般，DC-DC變換器的功率密度達(dá)100W/in3、效率90％，并且應(yīng)當(dāng)是可并聯(lián)的(Parallelable)。分布電源系統(tǒng)適合于用超高速集成電路(VeryHighSpeedIC-VHSIC)組成的大型工作站(如圖像處理站)、大型數(shù)字電子交換系統(tǒng)等，其優(yōu)點(diǎn)是：可降低48V母線上的電流和電壓降；容易實(shí)現(xiàn)N+1冗余(Redundancy)，提高了系統(tǒng)可靠性；易于擴(kuò)增負(fù)載容量；散熱好；瞬態(tài)響應(yīng)好；減少電解電容器數(shù)量；可實(shí)現(xiàn)DC-DC變換器組件模塊化(Modularity)；易于使用插件連接；可在線(Online)更換失效模塊等。
8、電源智能化技術(shù)和系統(tǒng)的集成化技術(shù)
開關(guān)電源微處理器監(jiān)控、電源系統(tǒng)內(nèi)部通信、電源系統(tǒng)智能化技術(shù)以及電力電子系統(tǒng)的集成化與封裝技術(shù)等。
以上簡要回顧了20世紀(jì)通信開關(guān)電源發(fā)展的歷程和取得的成就，上述各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，尤其是開發(fā)高功率密度、高效率、高性能、高可靠性以及智能化電源系統(tǒng)，仍然是今后通信開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展方向。
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