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電源模塊的選型

電源市場風起云涌,競爭日趨激烈,對于電子工程師,電源似乎已成一個隨處抓一模塊都可以滿足要求的時代。今天就說說電源模塊那些事兒。

電源模塊選型沒那么簡單,它需要考慮很多問題。

電源模塊的拓撲結構有多種,反激、正激、推挽、半橋、全橋多種,每種因為其原理的不同,也表現為在某些特性指標方面的優越性。

反激電源在開關的一個周期中,充電的時段沒有放電,就是因為這個特性,其時間響應特性、紋波特性就很難做到很好,雖然可以通過大的儲能電容協助解決一點,但原理性缺陷終歸是硬傷,智力不足是可以通過勤勞來彌補,但補來補去遇到臨界難題的時候終歸跨不過某個坎兒。漏感也大等等問題,但其優點是電路簡單,成本低,體積小,不必加磁復位繞組,而且輸入電壓范圍比較寬。也正因為此,才有了其占總電源市場7成以上的份額。

正激電源輸出電壓瞬態控制特性較好,負載能力較強,但其缺點也同樣顯著,多用一個大儲能濾波電感和一個續流二極管、體積大、變壓器初級線圈反電動勢電壓高,對開關管的要求較高(容易擊穿損壞)。

推挽式電源電流瞬態響應速度很高,電壓輸出特性很好,在所有拓撲結構中,是利用率最高的一種開關電源,無漏磁,驅動電路簡單。但其缺點是兩個開關器件需要很高的耐壓值;要有兩組初級線圈,對于小功率輸出的推挽式開關電源是個缺點。若兩個正激式變換器不完全對稱或平衡,經過幾個周期累積的偏磁,會使磁芯進入飽和,導致高頻變壓器勵磁電流過大,甚至損壞開關管。

橋式開關電源輸出功率很大,工作效率很高,開關管的耐壓值要求比較低,變壓器初級線圈只需要一個繞組。缺點是效率低,會出現半導通區,損耗大。

以上各種問題都是因為其拓撲結構的先天優勢和先天缺陷造成的,雖然我們可以將電源模塊當成黑匣子,但這也是我們在選擇電源時要關注的一個點。因為能完成同樣功能的設計方案,一個很輕松地完成,一個要費很大的勁才能完成,您說哪個的余量足呢?

另一個是要根據負載的波動情況來確定,有的負載較穩定,有的負載就波動較大,甚至于有的還會有空載、或滿載、或瞬間負載變大、或瞬間負載跌落的情況發生,若有這種問題,最好與電源模塊廠家說明,確認其設計上已有必要的應對防護性設計措施,不是所有的電源都可以達到這個目標的。

負載的類型也是一個影響因素。一般的模塊,其輸出是按照默認為阻性負載而設計的,如果負載是感性或容性負載,都需要與模塊廠家單獨說明,以便廠家出廠時的電源模塊內部器件或參數稍作調整。

電源模塊的開關頻率也是需要關注的,他決定了外接電源濾波器濾波參數(截止頻率、階次)的選擇。

紋波與拓撲結構、電容電感的參數、負載的情況都相關,一個5v電源,紋波做到50mv,單電源的誤差就是1%了,對精度要求高的電路,電源的誤差、放大電路的誤差、信號電纜的誤差、AD的舍入誤差,多個誤差累積合并之后,總誤差可就大了。

電源模塊里有無濾波設計、電源模塊所在的設備里有無安規要求(漏電流、絕緣耐壓、濕度要求)、溫升特性、轉換效率、輸入電壓的波動范圍、負載調整率等等,要求的地方還是不少的。


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