1、.模塊電源應用指南一、系統中電源的設計和選擇1.確定所用電源的規格1電源功率；2電源輸出電壓，輸出端數；3電源尺寸。2.使用標準模塊設計系統時，請盡可能使用市場上通用的電源模塊，這樣可縮短設計和開發的時間，進步可靠性。3.盡量減少電源的輸出端數一般很容易買到現存的34輸出端的電源，輸出端更多的電源就難找到，另外價格也貴。4.冷卻方法設計系統時，必須認真考慮散熱問題。假設使用自然冷卻，應該確保頂部和底部有足夠的通氣孔，以形成冷卻空氣流。假設使用風扇冷卻，應該確保空氣流經過每個電源。在系統和電源共用一個風扇的情況下，至少應該有25%以上的風量用于冷卻電源。無論使用哪種冷卻方式，都必須通過測量電源的

2、關鍵性發熱元器件來驗證冷卻效率，而不能僅僅只是測量環境溫度。電源中的這些關鍵發熱元器件通常包括開關器件，整流二極管，電解電容及其它發熱元器件。5.布局安排好電源的位置，盡可能地縮短輸入和輸出連線。系統中較長的AC饋線就像接收天線一樣，會增加EMI，而過長的輸出饋線會降低電壓調整精度，增加噪音。6.系統內的配電DC/DC變換器常用來給系統供電。除去+5伏，系統內的各種電路板還需要±12伏，±15伏給運算放大器，A/D或D/A變換器，顯示器等供電。另外在用電池供電的情況下，用DC/DC變換器將電池在較大范圍內變動的，不太穩定的電壓變換為所需要的經調整過的各種電壓。典型的電池電壓

3、一般為12，24或48伏。二、電源的合理應用1.連接導線的尺寸在選擇電源時，除了考慮輸出電壓、電流外，還應重視負載連接導線的電阻。如圖1所示的是一個最簡單的電源應用實例。一個帶有4安負載的5伏輸出電源，假設使用0.54米長的18#AWG美國電線標準：American Wire Gauge銅導線來連接，連接回路的總電阻就應為19.2m9.6 m×2。在4A的負載電流下，連線上就產生了76.8mV的降壓，為輸出電壓5V的1.5%。假設電源自身的負載調整率為0.1%，那么由于連接導線的電阻，將使負載調整率下降為1.6%。為減小連線電阻所造成的這種影響，應該盡可能縮短電源輸出端與負載間的間隔

4、 ，并增大連接導線的截面積。對于大的負載電流，應該在設計時就考慮到回路壓降以及其對負載調整率的影響。同樣，也應該考慮印制板上大電流通路上的電壓降。2.接觸電阻當電源輸出端與負載連接時，連線兩端的良好接觸很重要。在負載電流大的情況下，良好的接觸尤其重要。由于接觸不良而引起的數m至十多m的接觸電阻和太長或太細的不適宜連結線一樣，會引起回路壓降過大和負載調整率變差。因此接觸點必須清洗，去除氧化層，大電流接觸點應焊結或纏繞。在適宜的連線和接觸良好的情況下，一個調整率為0.1%的5V輸出，對應空載到滿載，其電壓變化為5mV。而一個調整率為0.02%的12V輸出，對應空載到滿載，其電壓變化為2.4mV。以

5、上這些根本的數量概念可供參考。3.保險絲要求如圖2所示，保險絲應安裝在各并聯模塊的輸入端，以防某一模塊出現輸入短路故障，將輸入母線短路。在出故障模塊的輸入保險絲熔斷所需時間內，其余模塊的輸入電壓將出現很大的波動，為此可在輸入端安裝阻斷二極管。在這段時間內，阻斷二極管將仍在正常工作的模塊與輸入直流母線隔離。另外阻斷二極管還可防止在輸入線接錯時，模塊承受反向電壓。一般保險絲規格可選取1.52倍的額定輸入電流。假設模塊工作在一個比較寬的輸入電壓范圍內，保險絲應該使用小于10ms的快速保險絲。4.輸入維持電容在某一模塊出現輸入短路故障，或其它導致輸入母線電壓瞬間跌落的意外時，安裝在模塊輸入端的維持電容

6、，可在一定時間內給模塊提供維持電壓。另外還可吸收模塊輸入端的電壓尖峰。為了滿足維持時間的要求，一般應選用電解電容。對于300V輸入，200W輸出的的模塊，最小的維持電容應為30-50F，而對于48V輸入的模塊必須使用上千F的電容。在選擇電容時，除考慮脈動電流和電壓外，應選擇等效串聯電阻ESR小的電容。5.輸入瞬間過壓保護如圖2a所示在電解電容前面可安裝一只瞬態抑制二極管或瞬態吸收器金屬氧化物壓敏電阻，用作輸入瞬間過壓保護。輸入電壓低時用二極管，高時用壓敏電阻。6.Y電阻器為降低共模噪音，推薦安裝Y電容。如圖2a所示，Y電容的中心與模塊外殼及系統保護地相連接。7.輸出電壓微調Trim范圍用戶可以

7、通過在TRM端外接電阻器，使輸出電壓在額定值的約±10%的范圍內微調。外接電阻的數值一般在數十千歐至二百千歐間選那么。電源模塊的功率應限制在最大額定輸出功率之內。假設輸出電壓高于其標稱值，應降低輸出電流，使之符合最大輸出功率的限制。外接電阻的連接方法如圖3所示。假設只單方向調高或調低電壓亦可只在TRM端對輸出負或輸出正一端加電阻。假設不用微調可將TRM端懸空。8.遙測遙測功能可使負載兩端的穩壓精度保持在技術標準要求的范圍內。當電源模塊與負載之間的間隔 遠，負載電流大，連接回路壓降大的情況下，可由檢測Sense端直接檢測負載兩端的電壓，來確保其穩定精度。圖4為檢測的接線圖。遙測端的連接

8、應用屏蔽的雙絞線，另外在緊靠模塊的±S和±Vo端之間可連接0.1F左右的去耦電容，防止噪音干擾。與負載線相比，遙測端連線上的電流很小。請注意遙測連線不能用來傳輸負載電流，否那么電源模塊會被損壞。當負載兩端的電壓下降時，遙測端檢測的信號會使電源模塊產生一個電壓上升的響應，因此補償了負載兩端電壓的下降。回路壓降補償的最大值是1V，假設回路壓降超過1V，負載調整率將降低。如圖4所示在電流模塊內，對應的電壓輸出端和遙測端之間已接入了電阻或二極管，可防止當遙測端開路時，輸出電壓過高上升。當不用遙測功能時，應將各遙測端與相應的輸出端短結，否那么電源將可能被損壞。9.控制控制是指對模塊輸

9、出電壓的"ON"允許、"OFF"制止操作。控制端一般叫做CTL端或REM端。模塊的控制有兩種標準的方式：1CTL端子與-VIN直接相連，輸出OFF；CTL端子開路或接高電平大于5VDC，小于40VDC，輸出ON。2CTL端子與-VIN直接相連，輸出ON；CTL端子開路，輸出OFF。至于詳細選用哪一種控制方式，可由用戶自己決定。同時，我們推薦其中第一種常用的控制方式，如圖5所示。在一些特殊的應用中，可能要用到隔離控制的方式。這里再推薦一種隔離控制的電路供參考，如圖6。10.功率分配1平行連接只有合理地將不同負載與電源輸出相連結，才能用好電源。如圖7所示的平

10、行連接是最常見的一種錯誤接法。從圖中可看出，每個負載上的電壓會隨著其它負載的電流變化而變化，其中負載#3上的電壓為最低。另外因為負載不在同一公共點接地，所以出現了直流地回路，使電路易受干擾。2輻射連接圖8為一種較好的輻射連接法。電源的輸出通過一對粗導線與正負配電端連接，然后各負載通過各自的連線與正、負配電端相連。因此負載互相之間的影響很小，也不存在直流地回路。3混合連接實際上完全的輻射連接配電是不可能做到的。在實際應用時，尤其在負載電流較大的場合，應遵循的原那么是采用一個接地點，以消除地回路。如圖8所示的混合連接法，負載組#1的電流大，因此盡量安排靠近電源輸出，用輻射法連接。而負載組#2的電流

11、很小，在連線上的電壓降的影響可忽略，因此可離電源遠一些，用平行法連接。11.模擬電路和數字電路的供電設計電路時應特別注意將模擬電路和數字電路分開，各自所對應的地也要分開，不正確的接地會引起一些無法解釋的問題。一種常犯的錯誤是讓低電平的數字信號電路與模擬信號電路共用電源回路和地回路。正確的連接方式如圖10所示。請注意圖中只采用了一個公共接地點，模擬信號和數字信號各自分開供電。許多電源具有分開的數字信號5V和摸擬信號±12V輸出，便于設計。為了防止一些直流電平的變化和邏輯瞬態過程干擾敏感的模擬電路，設計時應仔細地分析每個模擬地的連線，確保每個模擬地的連線直接與接地點相連，防止共用同一條接

12、地連線。這也是印刷電路板布線時必須遵循的一條根本原那么。12.旁路和去耦所有的電源及其輸出配電線都會有一定的輸出電阻和輸出電感存在，因此必須在高速的模擬電路和數字電路的負載上直接并聯電容，進展去耦。圖11所示的負載去耦電路可消除一些由于線路上的串聯阻抗與分布電容所產生的諧振。另外還可減少由于負載電流的迅速變化，在串聯的電感上所產生的電壓尖峰，這種電壓尖峰會損壞線路或造成誤觸發。圖中使用了一個0.1F的瓷片電容和1個1F的電解電容作為旁路電容與負載并聯，這樣可獲得對中頻和高頻范圍的干擾信號很有效旁路作用，從而防止多個負載之間的互相干擾。當分別對模擬信號電路和數字信號電路旁路時，并不是簡單地將電容

13、與每個電源的輸出相連接，而應遵循以下的重要規那么：旁路電容應該由最短的線直接連接在每一電源輸出端和地端或COM端，防止AC信號通過電源饋回。如圖12所示。13.電源模塊的串聯和并聯1串聯一般來說，電源可串聯工作，以獲得較高的輸出電壓。但為了慎重起見，應就以下各點詢問有關電源供給廠家。a.有時某一電源的輸出會影響到其它電源的反響回路；b.由于在一般情況下，電源的紋波不同步，因此串聯后輸出端會出現附加的紋波。對串聯工作的另外一個限制是：串聯后總的輸出電壓應小于任何一個串聯電源的工作擊穿電壓，這個擊穿電壓值要遠遠小于電介質測試電壓值。如圖13所示，串聯工作形式通常是通過在電源輸出端聯結反向偏置的二極

14、管來完成的。在負載短路的情況下，或在開機時，由于不同電源模塊輸出端的電壓建立可能不同步，較慢的模塊輸出端將被加上反向電壓。反向偏置聯結的二極管提供了一個反向電流的通路，限制了加在各輸出端上的反向電壓，起到了保護作用。應該選擇正向導通壓降低的二極管，如肖特基二極管，其反向耐壓應大于對應的電源輸出電壓，導通電流額定值應大于串聯負載電流。最大串聯負載電流應小于串聯模塊中功率較小的模塊的最大輸出電流。圖14為另一種常用的串聯工作應用。為獲得一個較高的電壓輸出，可將一個電源的兩組輸出電壓串聯起來，讓COM懸浮，然后直接與負載連接。因此由±12V，±15V和±18V的雙路輸出

15、的電源，分別可實行24V，30V和36V單路輸出。2并聯與串聯相比，電源模塊輸出的并聯很困難，因此除非電源模塊具有可并聯運行功能或經電源供給廠家同意，一般電源模塊不應該并聯使用。首先因為兩個電源的輸出電壓不可能完全相等，那么輸出電壓較高的電源將會提供全部負載電流。其次即使兩個電源的輸出電壓調整為完全相等，由于兩者不同的輸出阻抗及其它們隨時間和溫度不同的變化，將會造成兩個電源的負載電流不平衡。圖15為一種使用串聯電阻來平衡輸出負載電流的方法，但這種方法也很難獲得好的效果。假定這兩個串聯電阻完全相等，那么兩個電源輸出電壓之間很小的差異將不會造成很大的輸出電流不平衡。圖15中給出了輸出電壓標稱值為5

16、V，總的負載電流為2A的情況下，兩個電源之間的輸出電壓差所對應的電流不平衡。當電壓差為0.2V時，輸出電流的差異為100%，這就意味著兩個電源中輸出電壓高0.2V的那一個，將提供全部的負載電流。即使0.05V的差異也會導致25%的電流不平衡。同時還應指出圖15的串聯電阻將會導致負載調整率變差。另外在電流不平衡為50%的情況下，每一個電源所應該能提供的電流必須為總負載電流的75%，而不是50%。如圖16所示的是冗余并聯運行形式。兩個電源的輸出通過"或"二極管并聯在一起。使用"或"二極管時，遙測連接必須接在二極管之后，以補償二極管上的電壓降。當工作在100%

17、的冗余形式下時，每個電源都必須能提供100%的負載電源。這時不要求兩個電源的輸出電流平衡，但每個電源必須至少提供部分負載電流。"或"二極管可防止某一電源輸出故障對另一個的影響，繼續給負載供電，因此可用在要求不間隔供電的場合。假設用一個具有一樣輸出電壓的電池來替代圖16中的某一電源，就可獲得一個不間隔的直流供電系統。3鈴流的備份使用鈴流發生器主要用于交換機給用戶提供振鈴，一般是在偏置的狀態下使用。要進步鈴流系統的可靠性，可對鈴流進展備份。圖17是一種推薦的備份方式加負偏置。14.輸出過載保護目前幾乎所有的電源都具備輸出過載保護功能。輸出過載的根本保護方式有以下三種：1功率降額

18、2電流限制3電流降額一般來說，功率降額保護是用得最多，也最廉價的一種輸出短路保護方式，具有這種保護功能的電源，一旦探測到了輸出短路，電源的所有輸出電壓和電流就會立即降得很低，當短路消除后，電源恢復正常工作。圖18為a電流降額和b電流限制過載保護的V-I特性和負載線。圖18中A、B、C分別對應著阻性負載、恒流負載和混合負載。當過載或過流出現時，電源降額保護將降低輸入功率，從而使輸出電流減小到遠遠小于額定電流。如圖a所示，恒流負載線B存在著兩個穩定點，因此電流降額后輸出就會鎖定在輸出電壓較低的點上。當過載或短路消除后，不能自動恢復正常工作，需要重置。而b中的不同類型負載的電流限制負載線都只有一個穩

19、定點，所以當過載或短路故障消除后，電源能自動恢復到正常工作狀態。但是這樣在過載或短路時電源內部就會，產生較高的熱量，因此在經常出現過載或短路的情況下，最好不要用這種電流限制性的保護電路，以免縮短電源的使用壽命。15.散熱考慮所有的功率轉換產品在運轉時，由于內部功率消耗都將產生一些熱量，在每一應用中都有必要限制這種"自身發熱"，使模塊外殼溫度不超過指定的最大值。下面介紹DC-DC轉換器外殼升溫的大概過程。1可用的功率密度絕大多數DC-DC轉換器產生商都以產品的功率密度作為水準，衡量產品的有效性。功率密度通常由瓦/立方英寸W/in3來表示。理解功率密度定義的條件是非常重要的，假

20、設用戶不能在規定的最大的環境溫度范圍內使用DC-DC轉換器，就有可能達不到參數中的最大輸出功率。DC-DC轉換器可用的平均輸出功率就是可用的功率密度。可用的功率密度取決于以下因素：a要求的輸出功率要求的輸出功率是應用需要的最大平均功率，在多輸出DC-DC轉換器中，就是各個獨立輸出的輸出功率的總和。b轉換效率轉換效率是指輸出功率與輸入功率之比：效率=Pout/Pin。內部功率消耗可以從轉換效率推導得出：Pinternal=pout*1-效率/效率。最具代表性的效率值是在額定輸入電壓和滿負載輸出功率下的值，由于負載的減少或輸入電壓的變化，效率會發生一些改變。2熱阻抗熱阻抗的定義是功率消耗產生的溫升

21、，熱阻抗通常用/W表示。3外殼最高工作溫度所有DC-DC轉換器都規定了外殼最高工作溫度，該溫度是指DC-DC轉換器內部的元件工作時所能承受的最高溫度，為保持轉換器的可靠性，應工作在最高溫度以下。4工作環境溫度指在DC-DC轉換器工作時周圍環境的最差的環境溫度。16.計算機殼溫度在應用場合中有許多因素都有可能影響外殼工作溫度，在每一項應用中，溫度的冷卻和最高外殼工作溫度都需要經常認真地核對、檢查，下面的過程說明如何估算熱特性情況。估算外殼工作溫度過程如下：1確定應用所需要的最大輸出功率；2確定應用的最高工作環境溫度，應該用DC-DC轉換器周圍最高環境溫度；3確定內部功率消耗：Pinternal=

22、Pout*1-效率/效率；4計算所估計的外殼工作溫度：Toase外殼溫度=Tamblent環境溫度+Pinternal內部功率消耗*Rooa外殼到環境的熱阻抗Rooa外殼到環境的熱阻抗=Roos外殼到散熱片的熱阻抗+Rosa散熱片到環境的熱阻抗5在應用中通過測量外殼溫度檢驗熱特性。17.降低外殼溫度在一定的工作環境溫度和輸出負載條件下，在正常的大氣環境下自然對流冷卻，外殼到周圍環境的熱阻抗可能使外殼工作溫度超過特定的最大值，假設確實如此，就需要降低外殼到周圍環境的熱阻抗，從而降低外殼工作溫度。下面的技術可以用來減少熱阻抗Rooa：1附加散熱片散熱片的用處是增大散熱片面積，以便將DC-DC轉換器

23、產生的熱量轉移到空氣中，這會導致比較小的熱阻抗，但會增加DC-DC轉換器的體積。當使用散熱片時，將散熱片在空氣中垂直排列會產生最好的效果，假設散熱片不是暴露在空氣中，熱量轉移將受到一定的影響。當給DC-DC轉換器添加散熱片時，應考慮散熱片裝配外表與DC-DC轉換器外殼之間的熱阻抗，計算方式如下：Rooa=Roos+Rosa。因為DC-DC轉換器外殼和散熱片裝配外表不是完全平坦的，所以組裝時在兩個外表之間會產生空隙，這些空隙產生熱阻抗Roos，可使用熱外表材料將外表熱阻抗減少到最小，使用這種熱外表材料，Roos值可以到達1/W以下。2提供氣流只有氣流對于改進散熱片狀況并減少熱阻抗，是一種有效的方

24、法。氣流可迫使空氣冷卻，應用中可使用風扇或吹風機。氣流可降低熱阻抗，而不用加散熱片，從而也不用增加DC/DC轉換器的體積。在某些應用場合沒有氣流，但加裝風扇也不是最正確選擇。因為風扇會增加系統整體體積，影響系統的平均無故障工作時間MTBF，并產生可以聽到的噪音。氣流定義通常采用線性英尺每分鐘LFPM或立方英尺每分鐘CMF來表示：CMF=LFPM*area 3增加散熱片并提供氣流帶有氣流的散熱片可以極大地減少熱阻抗。當使用散熱片時，最好使氣流平行于散熱片外表流動。對于一個長方形的DC-DC轉換器，氣流順著轉換器的長邊吹，而散熱片平行于其轉換器的短邊，這樣散熱效果最好。18.可靠性和失效間平均時間

25、MTBF圖19為某一電源的失效率曲線，其澡盆形狀與絕大多數的電子器件和設備的失效曲線一樣。A段曲線代表電源在使用初期的失效。在這個階段失效率比較高。可以通過嚴格監測，仔細分析退回給廠家電源的故障來進展控制，另外應該采用嚴格的老化工序。B段線代表了電源的有效壽命，這個階段所對應的失效率較低。C段曲線代表了電流在已損耗期的失效率，這個階段所對應的失效率也比較高。在電源的有效壽命期間內，其可靠性是由故障之間的平均時間MTBF來衡量的，有兩種不同的方法來確定MTBF：1通過某一型號電源實際工作時間的大量統計值；2通過類似MIL-HDBK-217的標準來計算。可靠性給出了某一個電源在運行了某一額定的時間

26、后，仍然可正常工作的幾率。由方程式2可得出：a、Rt為數值在0和1之間的幾率b、一個電源在運行了相當于MTBF的時間后，仍可正常工作的幾率為0.37。c、一個電源在運行了相當于10%的MTBF后，仍可正常工作的幾率為0.90。圖19為可靠性Rt與時間的關系曲線。按照MIL-HDBK-217來計算MTBF，是通過對每一個元器件在其工作溫度下的失效率的求和來得到的。圖20為某一電源的MTBF計算值與環境溫度的關系。電源在50下可工作5.1年，而在75下只能工作1.86年一年為8766個小時。當然圖中的曲線并不一定適用其它電源，但曲線給出的結論卻具有普遍意義。19.電磁干擾和電磁磁容1電磁干擾EMI

27、電磁干擾是指通過空間的電磁輻射傳播和通過信號線、電源線傳導的電磁能量，對環境所造成的污染。電磁干擾不能完全被消除，但能使之降低到平安的等級。抑制電磁干擾一般有以下三條途徑：a、屏蔽電磁干擾輻射b、合理接地c、對電源線、信號線進展濾波，以減少電磁干擾的傳導2電磁兼容EMC電磁兼容是指電子設備和電源在一定的電磁干擾環境下正常可靠工作的才能，同時也是電子設備和電源限制自身產生電磁干擾和防止干擾周圍其它電子設備的才能。進步電磁兼容可從以下三個方面著手：a、減小電磁干擾源的輻射b、屏蔽電磁干擾的傳播途徑c、進步電子設備和電源的抗電磁干擾才能按照傳播的方式，電磁干擾被分成以下兩種類型：a.傳導型干擾傳導型

28、干擾是由系統產生進入直流輸入線或信號線的噪音，其頻率范圍為10KHz-30MHz。傳導型干擾既有共模方式的，又有差模方式的。LC網絡常用來抑制傳導干擾的主要方式。b.輻射型干擾輻射型干擾以電磁波的方式直接傳播，一個常見起到了發射天線的作用，其頻率覆蓋范圍為30MHz-1GHz。輻射型干擾可通過金屬屏蔽的方式抑制。三、電源的測試以下主要介紹一些對電源進展性能測試的方法。測試采用標準的開爾文四端測試法。圖21為電源輸出電壓的開爾文四端測量，測量是通過另外一對不同的接觸端點和連線來進展的，這對端點上沒有負載電流通過，否那么會產生毫伏級的測量誤差。1.輸出電壓精度在標稱的輸入電壓和額定負載下，用高精度

29、的直流電壓表來測試輸出電壓，測量值與標稱值之間的差值以百分比來表示就是輸出電壓精度，其計算公式為：其中U0為標稱值，U為測量值。2.電壓調整率電壓調整率隨著輸入電壓的變化，輸出電壓會出現一定的變化，輸出電壓隨著輸入電壓變化的百分比就是電壓調整率。在25及標稱的輸入電壓和額定負載下，測量：1標稱輸入電壓下的輸出電壓Un0 2高輸入電壓下的輸出電壓Uh0 3低輸入電壓下的輸出電壓U10取最大偏向電壓，即取|Uh0-Un0|和|U10-Un0|中的最大值與標稱輸入電壓下的輸出電壓Un0相比，以百分比來表示，就是電壓調整率。3.負載調整率隨著電源負載的變化，輸出電壓也會出現一定的變化，輸出電壓隨著負載變化的百分比就是負載調整率。在25及標稱的輸入電壓下測量：1額定負載下的輸出電壓Un0 2空載或最小負載下的輸出電壓Uml0兩次測量值的差值即|Un0-Uml0|與Un0相比，以百分比來表示，就是負載調整率。4.溫度系數在標稱輸入電壓和額定負載下，輸出電壓隨環境溫度的變化率稱之為溫度系數。一般來說，溫度升高輸出電壓下降。把電源放在溫度控制箱內，在標稱輸入電壓和額定負載下，測量：125環境溫度下的輸出電壓Un0 2升到最高工作溫度并穩定1530分后，測量輸出電壓Uht0 3降到最低工作溫