模块电源工作原理及相关元器件介绍

模块电源工作原理及相关元器件介绍

模块电源的工作原理与开关电源的工作原理一样，是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。同时，根据应用环境和电子产品的需要，通过一些电路设计，同时还担负着变压、隔离、滤波等功能。用一句话来说，模块电源是集成度更高，功能与效率更好的开关电源。

模块电源虽然说是属于开关电源的一种，但它相比于普通的开关电源，有着很多的优势。它是可以直接插装或贴装在印刷电路板上的电源供应器，其特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FPGA)及其他数字或模拟负载提供供电。

根据调整管的工作状态常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。

　　线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。

　　开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。 我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。

　　在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U×I就会很小。这就是开关电源效率高的原因。

　　现对模块电源的应用和元器件，作出简单分析介绍：

一、选择

1、在选择模块电源时，首先应根据应用环境的要求，合理选择电源的类型，如电压的、负载的类型、电流的变化范围，使用环境等，搞清楚产品使用环境和要求是合理选用和定做电源的前提和条件。

2、模块电源，有单路、双路之分。

单路电源的性能和指标相对于双路电源的性能指标较高，尤其是负载调整率。双路电源在等比例负载时，输出电压受负载的影响比较小，如果负载偏斜则对输出电压的影响较大，因此如要求双路输出电压较高或输出电压对称性好时也可用两组相同的单路电源组成，或选用特型电源，以提高输出电压的。

在主副路控制的电源中，为了使各副路有相应的电压，应使主路有一定的负载范围（如≥10[%]的额定负载）在选用时应注意。

二、模块电源测试

1、测试环境条件

在无特殊要求时，测试均在下列环境条件下进行：温度：15～35℃、相对湿度：20[%]～80[%]、大气压力：86～106Kpa、无强电磁场干扰

2、详细要求（在1种正常测试环境条件下）：输出电压及电压调整率（电压稳定度）

三、模块电源应用

1、模块电源输入输出端都加有滤波措施，一般能够有效的抑制来自输入侧的EMI杂波和户动浪涌电流，如供电质量较差或对电源系统有更多的要求，可在dc模块电源的前后分加滤波网络。

2、直流输入电压极性不能接反，也不能超范围使用，否则会使dc模块电源失效。

3、使用模块电源时，一般选在20[%]～80[%]的额定功率为，不能后期超额定功率使用，以免影响电源的使用寿命。

4、当输出的电流较大时，传输电流的线径不能过长，或过细以免造成大干扰和误差。

5、对自然散热的模块电源，要保证使用的环境温度不能超出所给温度范围，以免造成过热损坏。

四、开关电源元器件类型及主要功能介绍

1、电阻器

(1)取样电阻—构成输出电压的取样电路，将取样电压送至反馈电路。

(2)均压电阻—在开关电源的对称直流输入电路中起到均压作用，亦称平衡电阻。

(3)分压电阻—构成电阻分压器。

(4)泄放电阻—断电时可将电磁干扰（EMI）滤波器中电容器存储的电荷泄放掉。

(5)限流电阻—起限流保护作用，如用作稳压管、光耦合器及输入滤波电容的限流电阻。

(6)电流检测电阻—与过电流保护电路配套使用，用于限制开关电源的输出电流极限。

(7)分流电阻—给电流提供旁路。

(8)负载电阻—开关电源的负载电阻（含等效负载电阻）。

(9)很小负载电阻—为维持开关电源正常工作所需要的很小负载电阻，可避免因负载开路而导致输出电压过高。

(10)假负载—在测试开关电源性能指标时临时接的负载（如电阻丝、水泥电阻）。

(11)滤波电阻—用作LC型滤波器、RC型滤波器、π型滤波器中的滤波电阻。

(12)偏置电阻—给开关电源的控制端提供偏压，或用来稳定晶体管的工作点。

(13)保护电阻—常用于RC型吸收回路或VD、R、C型钳位保护电路中。

(14)频率补偿电阻—例如构成误差放大器的RC型频率补偿网络。

(15)阻尼电阻—防止电路中出现谐振。

2、电容器

(1)滤波电容—构成输入滤波器、输出滤波器等。

(2)耦合电容—亦称隔直电容，其作用是隔断直流信号，只让交流信号通过。

(3)退藕电容—例如电源退藕电容，可防止产生自激振荡。

(4)软启动电容—构成软启动电路，在软启动过程中使输出电压和输出电流缓慢地建立起来。

(5)补偿电容—构成RC型频率补偿网络。

(6)加速电容—用于提高晶体管的开关速度。

(7)振荡电容—可构成RC型、LC型振荡器。

(8)微分电容—构成微分电路，获得尖脉冲。

(9)自举电容—用于提升输入级的电源电压，亦可构成电压前馈电路。

(10)延时电容—与电阻构成RC型延时电路。

(11)储能电容—例如极性反转式DC/DC变换器中的泵电容。

(12)移相电容—构成移相电路。

(13)倍压电容—与二极管构成倍压整流电路。

(14)消噪电容—用于滤除电路中的噪声干扰。

(15)中和电容—消除放大器的自激振荡。

(16)抑制干扰的电容器—在EMI滤波器中，可分别滤除串模和共模干扰。

(17)安全电容—含X电容和Y电容。

    X电容—能滤除由一个绕组、二次绕组耦合电容器产生的共模干扰，可为从一个侧耦合到二次侧耦合

的干扰电流提供回流路径，防止该电流通过二次侧耦合到大地。

    Y电容—能滤除电网之间串模干扰，常用于EMI滤波器中。

3、电感器

(1)滤波电感—构成LC型滤波器。

(2)储能电感—常用于降压式或升压式DC/DC变换器电路中。

(3)振荡电感—构成LC型振荡器。

(4)共模电感—亦称共模扼流圈，常用于EMI滤波器中，对共模干扰起到抑制作用。

(5)串模电感—亦称串模扼流圈，它采用单绕组结构，一般串联在开关电源的输入电路中。

(6)频率补偿电感—构成LC型、LCR型频率补偿网络。

4、变压器

(1)工频变压器—对交流电源进行变压与隔离，再经过整流滤波后给DC/DC变换器（即开关稳压器）供电。

(2)高频变压器—对高频电源进行储能、变压和隔离，适用于无工频变压器的开关电源中。

5、二极管

(1)整流二极管—低频整流、高频整流。

(2)续流二极管—常用于降压式DC/DC变换器中；若在继电器、电机等的绕组两端并联续流二极管，即可为反电动势提供泄放回路，避免损坏驱动管。

(3)钳位二极管—构成VD、R、C型钳位电路，吸收尖峰电压，对MOSFET功率场效应管起保护作用。

(4)阻塞二极管—钳位保护电路中的二极管，亦称为阻尼二极管。

(5)保护二极管—用于半波整流电路中，在负半周时给交流电提供回路。

(6)隔离二极管—可实现信号隔离。

(7)抗饱和二极管—将二极管串联在功率开关管的基极上，可降低功率开关管的饱和深度，提高关断速度。

6、整流桥

    将交流电压变为脉动直流电压，送至滤波器。整流桥可由四只整流二极管构成，亦可采用成品整流桥。

7、稳压管

构成简易稳压电路；接在开关电源的输出端，用来稳定空载时的输出电压；由稳压管、快恢复二极管和阻容元件构成一个侧钳位保护电路；构成过电压保护电路。

8、场效应晶体管

    MOSFET用作PWM调制器或开关稳压控制器的功率开关管。

9、运算放大器

    构成外部误差放大器、电压控制环和电流控制环等。

10、晶体管

用作PWM调制器的功率开关管；构成恒压/恒流输出式开关电源的电压控制和电流控制环路；构成截流输出型开关电源的截流控制环；构成开关稳压器的通/断控制、欠电压、过电压保护、过电流保护等电路。