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模塊電源主要有AC/DC轉(zhuǎn)換和DC/DC轉(zhuǎn)換兩種,封裝形式多種多樣,小功率產(chǎn)品采用外殼密封,外形小巧。工作原理根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài),我們常把穩(wěn)壓電源分成線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源,線性穩(wěn)壓電源是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的穩(wěn)壓電源。而在開關(guān)電源中則不一樣,開關(guān)管(在開關(guān)電源中,我們一般把調(diào)整管叫做開關(guān)管)是工作在開、關(guān)兩種狀態(tài)下。
開關(guān)電源具有效率高,重量輕,可升壓、降壓,輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。但是由于電路工作在開關(guān)狀態(tài),所以噪聲比較大。簡(jiǎn)單說說降壓型開關(guān)電源的工作原理:在開關(guān)閉合期間,電感存儲(chǔ)能量,在開關(guān)斷開期間,電感釋放能量,所以電感L叫做儲(chǔ)能電感。二極管D在開關(guān)斷開期間,負(fù)責(zé)給電感L提供電流通路,所以二極管D叫做續(xù)流二極管。在實(shí)際的開關(guān)電源中,開關(guān)K由三極管或場(chǎng)效應(yīng)管代替。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),電流很小,當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),電壓很小,所以發(fā)熱功率U×I就會(huì)很小。這是開關(guān)電源效率高的原因。
在DC/DC電源模塊結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的元器件有:脈寬調(diào)制器(控制轉(zhuǎn)換效率)、光電耦合器(輸入與輸出隔離,防止前后級(jí)干擾,并傳遞取樣信息給PWM,保持輸出電壓的穩(wěn)定)、VDMOS(功率轉(zhuǎn)換部件,使用其良好的開關(guān)特性提升轉(zhuǎn)換效率)和肖特基二極管(整流以及濾波, 是功率輸出的關(guān)鍵部件)。
DC-DC模塊電源是用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)的,有降壓和升壓兩種,下面說說降壓型。給DC-DC輸入10V,DC-DC內(nèi)部有個(gè)振蕩器和斬波模塊,比如在一個(gè)時(shí)間段允許10V通過,另一時(shí)間段內(nèi)不允許10V通過(等于0v)。而在輸出端有一個(gè)電容進(jìn)行濾波,只要電容充裕大,其結(jié)果就等于將中間的那個(gè)脈沖波形進(jìn)行微積分,而輸出一個(gè)5V的直流波形。這個(gè)降壓相對(duì)于穩(wěn)壓模塊來說,更大限度地提防了電能在降壓模塊上面的消耗,而且內(nèi)部震蕩部分控制其占空比就能改變輸出電壓大小(在10V范圍內(nèi)),使其輸出能恒定(比如某個(gè)DC-DC規(guī)定輸入范圍是6V到16V,輸出5V,只要是在這個(gè)輸入范圍內(nèi),輸出都是5v。誤差只有零點(diǎn)零幾伏,而穩(wěn)壓模塊的輸出則和輸入電壓有一定的線性關(guān)系,輸入7V的輸出電壓和輸入14V的輸出電壓差得比較大)。
從效率上說,DC-DC的效率普遍要遠(yuǎn)高于LDO,這是其工作原理決定的,而LDO只有降壓型。 其次,DC-DC模塊電源因?yàn)槠溟_關(guān)頻率的原因?qū)е缕潆娫丛肼暫艽?,遠(yuǎn)比LDO大的多。當(dāng)思考到比較敏感的模擬電路時(shí),就要犧牲效率為確保電源的純凈而挑選LDO。LDO所需要的外圍器件簡(jiǎn)單,占面積小,而DC-DC一般都會(huì)要求電感、二極管、大電容,有的還會(huì)要MOSFET。特別是Boost電路,需要思考電感的最大工作電流,二極管的反向恢復(fù)時(shí)間,大電容的ESR等等,所以從外圍器件的挑選來說比LDO復(fù)雜,而且占面積也相應(yīng)的會(huì)大很多。
在選擇模塊電源時(shí),首先應(yīng)確定電源的類型,再由額定功率、封裝形式、溫度范圍及降額使用、工作頻率、隔離電壓、故障保護(hù)功能、功耗及效率、平均無故障時(shí)間、認(rèn)證證書等等來選擇。不同廠家的封裝是不一樣的,更換的話系統(tǒng)線路板設(shè)計(jì)也要更改,或者選擇國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的封裝,產(chǎn)品升級(jí)或更改,可大大節(jié)省時(shí)間。
模塊電源有單路、多路之分。單路電源模塊的性能和指標(biāo)相對(duì)于雙路的性能指標(biāo)較高,尤其是負(fù)載調(diào)整率。雙路電源模塊在等比例負(fù)載時(shí),輸出電壓受負(fù)載的影響比較小,如果負(fù)載偏斜則對(duì)輸出電壓的影響較大,因此如要求雙路輸出電壓較高或輸出電壓對(duì)稱性好時(shí)也可用兩組相同的單路電源組成,或選用特型電源,以提高輸出電壓。在主副路控制的電源中,為了使各副路有相應(yīng)的電壓,應(yīng)使主路有一定的負(fù)載(如≥10%的額定負(fù)載),在選用時(shí)應(yīng)注意。
主要還是根據(jù)自身供電需求選擇合適的電源架構(gòu),再看使用環(huán)境、負(fù)載、性價(jià)比及其它參數(shù)要求,選擇合適的模塊電源。合理設(shè)計(jì)電路,盡可能發(fā)揮其最佳性能。