模塊電源工作原理及相關(guān)元器件介紹

模塊電源的工作原理與開關(guān)電源的工作原理一樣，是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。同時(shí)，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和電子產(chǎn)品的需要，通過一些電路設(shè)計(jì)，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著變壓、隔離、濾波等功能。用一句話來說，模塊電源是集成度更高，功能與效率更好的開關(guān)電源。

模塊電源雖然說是屬于開關(guān)電源的一種，但它相比于普通的開關(guān)電源，有著很多的優(yōu)勢(shì)。它是可以直接插裝或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(hào)處理器(DSP)、微處理器、存儲(chǔ)器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。

根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)常把穩(wěn)壓電源分成兩類：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)下的：開——電阻很??；關(guān)——電阻很大。

　　開關(guān)電源是一種比較新型的電源。它具有效率高，重量輕，可升、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。 我們來簡單的說說降壓型開關(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。這就是開關(guān)電源效率高的原因。

　　現(xiàn)對(duì)模塊電源的應(yīng)用和元器件，作出簡單分析介紹：

一、選擇

1、在選擇模塊電源時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的要求，合理選擇電源的類型，如電壓的、負(fù)載的類型、電流的變化范圍，使用環(huán)境等，搞清楚產(chǎn)品使用環(huán)境和要求是合理選用和定做電源的前提和條件。

2、模塊電源，有單路、雙路之分。

單路電源的性能和指標(biāo)相對(duì)于雙路電源的性能指標(biāo)較高，尤其是負(fù)載調(diào)整率。雙路電源在等比例負(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，以提高輸出電壓的。

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)載范圍（如≥10[%]的額定負(fù)載）在選用時(shí)應(yīng)注意。

二、模塊電源測(cè)試

1、測(cè)試環(huán)境條件

在無特殊要求時(shí)，測(cè)試均在下列環(huán)境條件下進(jìn)行：溫度：15～35℃、相對(duì)濕度：20[%]～80[%]、大氣壓力：86～106Kpa、無強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾

2、詳細(xì)要求（在1種正常測(cè)試環(huán)境條件下）：輸出電壓及電壓調(diào)整率（電壓穩(wěn)定度）

三、模塊電源應(yīng)用

1、模塊電源輸入輸出端都加有濾波措施，一般能夠有效的抑制來自輸入側(cè)的EMI雜波和戶動(dòng)浪涌電流，如供電質(zhì)量較差或?qū)﹄娫聪到y(tǒng)有更多的要求，可在dc模塊電源的前后分加濾波網(wǎng)絡(luò)。

2、直流輸入電壓極性不能接反，也不能超范圍使用，否則會(huì)使dc模塊電源失效。

3、使用模塊電源時(shí)，一般選在20[%]～80[%]的額定功率為，不能后期超額定功率使用，以免影響電源的使用壽命。

4、當(dāng)輸出的電流較大時(shí)，傳輸電流的線徑不能過長，或過細(xì)以免造成大干擾和誤差。

5、對(duì)自然散熱的模塊電源，要保證使用的環(huán)境溫度不能超出所給溫度范圍，以免造成過熱損壞。

四、開關(guān)電源元器件類型及主要功能介紹

1、電阻器

(1)取樣電阻—構(gòu)成輸出電壓的取樣電路，將取樣電壓送至反饋電路。

(2)均壓電阻—在開關(guān)電源的對(duì)稱直流輸入電路中起到均壓作用，亦稱平衡電阻。

(3)分壓電阻—構(gòu)成電阻分壓器。

(4)泄放電阻—斷電時(shí)可將電磁干擾（EMI）濾波器中電容器存儲(chǔ)的電荷泄放掉。

(5)限流電阻—起限流保護(hù)作用，如用作穩(wěn)壓管、光耦合器及輸入濾波電容的限流電阻。

(6)電流檢測(cè)電阻—與過電流保護(hù)電路配套使用，用于限制開關(guān)電源的輸出電流極限。

(7)分流電阻—給電流提供旁路。

(8)負(fù)載電阻—開關(guān)電源的負(fù)載電阻（含等效負(fù)載電阻）。

(9)很小負(fù)載電阻—為維持開關(guān)電源正常工作所需要的很小負(fù)載電阻，可避免因負(fù)載開路而導(dǎo)致輸出電壓過高。

(10)假負(fù)載—在測(cè)試開關(guān)電源性能指標(biāo)時(shí)臨時(shí)接的負(fù)載（如電阻絲、水泥電阻）。

(11)濾波電阻—用作LC型濾波器、RC型濾波器、π型濾波器中的濾波電阻。

(12)偏置電阻—給開關(guān)電源的控制端提供偏壓，或用來穩(wěn)定晶體管的工作點(diǎn)。

(13)保護(hù)電阻—常用于RC型吸收回路或VD、R、C型鉗位保護(hù)電路中。

(14)頻率補(bǔ)償電阻—例如構(gòu)成誤差放大器的RC型頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

(15)阻尼電阻—防止電路中出現(xiàn)諧振。

2、電容器

(1)濾波電容—構(gòu)成輸入濾波器、輸出濾波器等。

(2)耦合電容—亦稱隔直電容，其作用是隔斷直流信號(hào)，只讓交流信號(hào)通過。

(3)退藕電容—例如電源退藕電容，可防止產(chǎn)生自激振蕩。

(4)軟啟動(dòng)電容—構(gòu)成軟啟動(dòng)電路，在軟啟動(dòng)過程中使輸出電壓和輸出電流緩慢地建立起來。

(5)補(bǔ)償電容—構(gòu)成RC型頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

(6)加速電容—用于提高晶體管的開關(guān)速度。

(7)振蕩電容—可構(gòu)成RC型、LC型振蕩器。

(8)微分電容—構(gòu)成微分電路，獲得尖脈沖。

(9)自舉電容—用于提升輸入級(jí)的電源電壓，亦可構(gòu)成電壓前饋電路。

(10)延時(shí)電容—與電阻構(gòu)成RC型延時(shí)電路。

(11)儲(chǔ)能電容—例如極性反轉(zhuǎn)式DC/DC變換器中的泵電容。

(12)移相電容—構(gòu)成移相電路。

(13)倍壓電容—與二極管構(gòu)成倍壓整流電路。

(14)消噪電容—用于濾除電路中的噪聲干擾。

(15)中和電容—消除放大器的自激振蕩。

(16)抑制干擾的電容器—在EMI濾波器中，可分別濾除串模和共模干擾。

(17)安全電容—含X電容和Y電容。

X電容—能濾除由一個(gè)繞組、二次繞組耦合電容器產(chǎn)生的共模干擾，可為從一個(gè)側(cè)耦合到二次側(cè)耦合

的干擾電流提供回流路徑，防止該電流通過二次側(cè)耦合到大地。

Y電容—能濾除電網(wǎng)之間串模干擾，常用于EMI濾波器中。

3、電感器

(1)濾波電感—構(gòu)成LC型濾波器。

(2)儲(chǔ)能電感—常用于降壓式或升壓式DC/DC變換器電路中。

(3)振蕩電感—構(gòu)成LC型振蕩器。

(4)共模電感—亦稱共模扼流圈，常用于EMI濾波器中，對(duì)共模干擾起到抑制作用。

(5)串模電感—亦稱串模扼流圈，它采用單繞組結(jié)構(gòu)，一般串聯(lián)在開關(guān)電源的輸入電路中。

(6)頻率補(bǔ)償電感—構(gòu)成LC型、LCR型頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

4、變壓器

(1)工頻變壓器—對(duì)交流電源進(jìn)行變壓與隔離，再經(jīng)過整流濾波后給DC/DC變換器（即開關(guān)穩(wěn)壓器）供電。

(2)高頻變壓器—對(duì)高頻電源進(jìn)行儲(chǔ)能、變壓和隔離，適用于無工頻變壓器的開關(guān)電源中。

5、二極管

(1)整流二極管—低頻整流、高頻整流。

(2)續(xù)流二極管—常用于降壓式DC/DC變換器中；若在繼電器、電機(jī)等的繞組兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，即可為反電動(dòng)勢(shì)提供泄放回路，避免損壞驅(qū)動(dòng)管。

(3)鉗位二極管—構(gòu)成VD、R、C型鉗位電路，吸收尖峰電壓，對(duì)MOSFET功率場(chǎng)效應(yīng)管起保護(hù)作用。

(4)阻塞二極管—鉗位保護(hù)電路中的二極管，亦稱為阻尼二極管。

(5)保護(hù)二極管—用于半波整流電路中，在負(fù)半周時(shí)給交流電提供回路。

(6)隔離二極管—可實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離。

(7)抗飽和二極管—將二極管串聯(lián)在功率開關(guān)管的基極上，可降低功率開關(guān)管的飽和深度，提高關(guān)斷速度。

6、整流橋

將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)直流電壓，送至濾波器。整流橋可由四只整流二極管構(gòu)成，亦可采用成品整流橋。

7、穩(wěn)壓管

構(gòu)成簡易穩(wěn)壓電路；接在開關(guān)電源的輸出端，用來穩(wěn)定空載時(shí)的輸出電壓；由穩(wěn)壓管、快恢復(fù)二極管和阻容元件構(gòu)成一個(gè)側(cè)鉗位保護(hù)電路；構(gòu)成過電壓保護(hù)電路。

8、場(chǎng)效應(yīng)晶體管

MOSFET用作PWM調(diào)制器或開關(guān)穩(wěn)壓控制器的功率開關(guān)管。

9、運(yùn)算放大器

構(gòu)成外部誤差放大器、電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)等。

10、晶體管

用作PWM調(diào)制器的功率開關(guān)管；構(gòu)成恒壓/恒流輸出式開關(guān)電源的電壓控制和電流控制環(huán)路；構(gòu)成截流輸出型開關(guān)電源的截流控制環(huán)；構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓器的通/斷控制、欠電壓、過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)等電路。