1. 概述
當今電源系統的設計,對于電子設計人員來說遇到了極大的挑戰。他們要利用有限的資源和空間,在短時間內設計出靈活、高效、可靠和具有競爭力的電源系統。
模塊電源(或稱電源模塊)是目前設計人員的最好選擇。以模塊式電源取代分立元件設計方案,好比用微信息處理器件代替集成電路方塊,它可更靈活、更快捷地完成系統及開發,縮短開發或更改設計所花費的時間,節省人力及技術投資。目前,國內朝陽市電源有限公司、北京新雷能有限公司、上海福音電子模塊廠已有模塊電源生產。
2. 模塊電源的優點
模塊電源具有如下優點:
設計簡單。只需1個電源模塊,配上少量分立元件,即可獲得電源。
縮短開發周期。模塊電源一般備有多種輸入、輸出選擇。用戶也可以重復迭加或交叉迭加,構成積木式組合電源,實現多路輸入、輸出,大大削減了樣機開發時間。
變更靈活。產品設計如需更改,只需轉換或并聯另一合適電源模塊即可。
技術要求低。模塊電源一般配備標準化前端、高集成電源模塊和其他元件,因此令電源設計更簡單。
模塊電源外殼有集熱沉、散熱器和外殼三位一體的結構形式,實現了模塊電源的傳導冷卻方式,使電源的溫度值趨近于最小值。同時,又賦予了模塊電源金玉其表的包裝。
質優可靠。模塊電源一般均采用全自動化生產,并配以高科技生產技術,因此品質穩定、可靠。
用途廣泛:模塊電源可廣泛應用于航空航天、機車艦船、軍工兵器、發電配電、郵電通信、冶金礦山、自動控制、家用電器、儀器儀表和科研實驗等社會生產和生活的各個領域,尤其是在高可靠和高技術領域發揮著不可替代的重要作用。
3. 模塊電源應用
3.1 輸出電壓的調節
對有TRIM或ADJ(可調節)輸出引腳的模塊電源產品,可通過電阻或電位器對輸出電壓進行一定范圍內的調節,一般調節范圍為±10%。
對TRIM輸出引腳,將電位器的中心與TRIM相連,在所有+S、-S管腳的模塊中,其他兩端分別接+S、-S。沒有+S、-S時,將兩端分別接到相應主路的輸出正負極(+S接+VIN,-S接-VIN),然后調節電位器即可。電位器的阻值一般選用5~10KΩ比較合適。
對ADJ輸出引腳,分為輸入邊調節與輸出邊節。輸出邊調節與TRIM引腳的調節方式一樣。輸入邊調節只能上調輸出電壓,此時將電位器的其中一端與中心相接,另一端接輸入端的地。
3.2 輸入保護電路
一般模塊電源產品都有內置濾波器,能滿足一般電源應用的要求。如果需要更高要求的電源系統,應增加輸入濾波網絡。可以采用LC或Π型網絡,但應注意盡量選擇較小的電感和較大的電容。
為了防止輸入電源瞬態高壓損壞模塊電源,建議用戶在輸入端接瞬態吸收二極管并配合保險絲使用,以確保模塊在安全的輸入電壓范圍之內,為了降低共模噪聲,可以增加Y(CY)電容,一般選擇幾NF高頻電容。R為保險絲,D1為保護二極管,D2為瞬態吸收二極管(P6KE系列)。
3.3 遙控開/關電路
模塊電源的遙控開關操作,是通過REM端進行的。一般控制方式有兩種:
(1) REM與-VIN(參考地)相連,遙控關斷,要求VREF<0.4V。REM懸空或與+VIN相連,模塊工作,要求VREM>1V。
(2) REM與VIN相連,遙控關斷,要求VREM<0.4V。REM與+VIN相連,模塊工作,要求VREM>1V。REM懸空,遙控關斷,即所謂“懸空關斷”(-R)。
如果控制要與輸入端隔離,則可以使用光電耦合器作為傳遞控制信號。
3.4 模塊的組合
(1) 并聯擴容。將相同模塊輸出端并聯,可使輸出能力增強,但并聯模塊的輸出電壓要調整得比較一致,以保證相對均流,同時避免不必要的振蕩。對有較大電流輸出的模塊,還可以仔細設計引線電阻,以達到均流效果。用這種方法并聯的模塊,不宜超過2個。同時,如果其中一塊模塊輸出有故障,整個系統都將不能正常工作。
(2) 冗余熱備份并聯。將相同的模塊輸出端通過二極管后并聯可使輸出能力增強,以提高電源系統的可靠性。原則上如果配合相應輸出報警電路,將模塊放在可以拆卸的母線上,這樣,出現故障的模塊可以及時更換。用這種方法并聯的模塊,沒有量限制。
(3) 串聯擴容。將相同模塊輸出端串聯,可使輸出電壓倍增,功率也相應增加,而串聯輸出端須接二極管以進行保護。
3.5 鈴流的備份使用
鈴流發生器主要用于電話局交換機給電話用戶提供振鈴,一般是在偏置狀態下使用。偏置可分為正偏置和負偏置。為了提高鈴流系統的可靠性,需要對鈴流進行備份。下面是一種推薦的備份方式(以負偏置為例)。
該方案是使用鈴流啟動后的輸出,通過備份鈴流的REM控制端將備份的鈴流禁止。在啟動過程中,啟動較快的鈴流將工作。簡單的延遲電路可防止兩塊鈴流同時啟動而造成雙通。該電路中的鈴流A、鈴流B及其外圍電路可以放在同一母線的不同鈴流盤上。這樣如果其中一塊鈴流出現故障,即可以更換,從而不致影響系統的正常工作。RCA與RCB是兩塊鈴流盤的必要連接。
4. 模塊電源的安裝與維護
由于各公司生產的模塊電源的類別、系列、規格品種難以數計,故其功能特性和物理特性不盡相同,因此在安裝、使用與維護方面亦各有不同,但應在以下幾方面引起注意。
(1) 打開包裝后,應仔細核對各接線端子標識是否與隨機所帶的說明書相符,同時是否與訂貨合同約定的要求相符。如果不符,應立即與生產或銷售單位聯系,商討處理辦法。
(2) 作為安裝的第一步,必須將模塊電源的金屬外殼可靠接地,以確保安全,但不可誤將外殼接在零線上。
(3) 在安裝完畢通電之前,應再次檢查和核對各接線端子上的連線,確保輸入和輸出、交流和直流、單相和多相、正極和負極、電壓值和電流值等正確無誤,杜絕接反、接錯現象的發生。
(4) 對于大功率電源,一般均有兩個或兩個以上的“+”輸出端子和“-”輸出端子。實際上,它們同屬于一個輸出電極,只不過為了使用戶接線方便,它們內部是并接在一起。
(5) 模塊電源不允許長期處于滿負荷工作狀態。線性電源的使用率,應控制在60%以內;開關電源的使用率,應控制在80%以內,否則有可能造成模塊電源人為的早期失效。
(6) 對于模塊電源,有些制造商出廠時在于可調端子(ADJ)間接有固定電阻。使用時須用戶自配相應阻值的電位器,以取代該固定電阻。但要注意,當可調端子間處于開路狀態時,決不允許加載。
(7) 為達到充份散熱效果,模塊電源宜安裝在空氣對流較好的位置。一般要求線性電源工作電流在4A以上,或開關電源工作電流在7A以上時,應加裝強制風冷。此外,在模塊電源外殼上不允許放置其他物品。
(8) 模塊電源一般適用于以阻性為主的負載,若需要應用在以容性為主或感性為主的負載時,應事先在訂貨合同中加以說明,由廠方訂做。
(9) 對于高壓模塊電源,在使用過程及停電后10分鐘之內,均不可觸及高壓危險區。
(10) 模塊電源選購原則:一般功率較大的宜選擇開關電源,功率較小的選擇線性電源。
(11) 模塊電源不可強行拆卸,強拆即壞。