王晓平

(国家新闻出版广电总局二○二二台,新疆喀什 844000)

模块电源的应用

王晓平

(国家新闻出版广电总局二○二二台,新疆喀什 844000)

模块电源是一种采用先进工艺制造,可为发射机先进的控制系统提供优质的电源。本文对模块电源的特点、选用、及使用注意事项逐一介绍。

模块电源 功率 稳压 使用

TSW2500型500KW短波发射机是目前世界上较为先进的短波发射机。我国于2001年开始引进，现已成为主力机型之一。TSW2500短波发射机拥有先进的控制系统。，系统由三部分构成：中央控制系统(ECAM/ECOS)、顺序控制器(SC)和马达控制器(MC)。控制系统电路板对其提供给工作的电源要求非常高，需要电压稳定、纹波小的DC开关电源，整部发射机使用了两套±15V及+5VDC/DC模块电源。模块电源质量指标好坏直接影响到发射机的稳定可靠运行，本文就模块电源相关知识做一介绍。

1 电源模块的特点

模块电源是指采用优化的最佳电路，利用先进的制造工艺，构成一个整体的结构紧凑、体积小、高质量的线性或开关型稳压电源。

(1)设计简单。只有一个电源模块，配上几个离散的组件，可以获得电源。

(2)开发周期短。通常配备各种输入、输出、电源模块的选择。根据需要也可以重复叠加或交叉叠加，结合模块化电源，实现多通道输入，输出，大大减少了开发时间的原型。

(3)灵活变化。如果你按照需求想改变产品设计，只需要转换或平行的另一个合适的电源模块。

(4)低技术要求。功率通常配备标准化的前端模块、高集成功率模块和其他组件，因此电源设计更简单。

(5)电源模块外壳有一组散热器、散热器和结构的壳三位一体，电源模块之间的冷却方式，使热量快速地散发，保持最低的温度。

(6)质量可靠。电源模块通常采用自动生产、高科技生产技术，质量稳定、可信。

(7)应用广泛。可广泛用于航空航天、电源模块、军事武器、机车舰船配电、邮电、冶金、矿业、自动控制、家用电器、仪器仪表、科学实验和社会生产和生活领域，尤其是在领域的高可信性和高技术发挥着不可替代的作用。

2 模块电源的选用

选用用于DC/DC模块电源除了最基本的电压转换功能，还需要考虑以下几个因素：

(1)额定功率。一般建议功率是额定功率模块电源应该是30～80% (具体比例大小和其他因素有关的，下面讨论)。模块的性能，功率范围足够稳定和可靠。大负载的光导致资源的浪费，太沉重的温升、可靠性和其他不利。所有的电源模块具有一定的过载能力，达到120～150%，但仍不建议长时间工作在过载情况下，只适合短期紧急。

(2)包装形式。封装的模块电源形式多样，有国际标准，非标准，按相同的产品，相同的电力产品有不同的包装，相同的封装有不同的功率，选用包装形式主要考虑三个方面：1)满足条件下体积尽量小，这样有利于安装；2)尽量选用更多的空间更多的功能性产品，符合国际标准的包装，因为更好的兼容性，这样可选择更多的供应商；3)应该有可伸缩性，便于系统的扩展和升级。选用一个包装，系统因为增加的功能升级的电力需求是电源模块封装不变，系统电路板设计可以不必启动，从而大大简化升级产品升级，以节省时间。

(3)温度范围与降额使用。一般厂家的模块电源都有几个温度范围产品可供选用；商品级、工业级、军用级等，在选用模块电源时一定要考虑实际需要的工作温度范围，因为温度等级不同材料和制造工艺不同价格就相差很大，选用不当还会影响使用，应此不得不慎重考虑。有两种选择方法：一是基于权力的使用和选择的包装格式，如果一定量的条件下接近实际使用的额定功率，额定温度范围模块必须满足实际需要，即使是轻微的边缘。二是根据温度的范围内选择，如果由于产品成本考虑选择较小的温度，但有时也有一个温度接近极限，怎么办？降额使用。选择权或封装较大的产品，如大马拉小车，较低的温度下，在一定程度上，缓解矛盾。降额比与额定功率的变化，一般大于50W的为3W/℃～10。总之要么选用宽温度范围的产品，功率利用更充分，封装也更小一些，但价格较高；要么选用一般温度范围产品，价格低一些，功率裕量和封装形式就行大一些。应折衷考虑。

(4)工作频率。一般而言工作频率越高，输出纹波噪声就更小，电源动态响应也更好，但是对元器件特别是磁性材料的要求也越高，成本会有增加，所以国内模块电源产品开关频率多为在300kHz以下，甚至有的只有100kHz左右，这样就难以满足负载变条件下动态响应的要求，因此高要求场合应用要考虑采用高开关频率的产品。另外一方面当模块电源开关频率接近信号工作频率时容易引起差拍振荡，选用时也要考虑到这一点。进口模块电源开关频率最高可达500kHz，具有优良的输出特性。

(5)隔离电压。一般场合用于对模块电源隔离电压要求不是很高，但是更高的隔离电压可以保证模块电源具有更小的漏电流，更高的安全性和可靠性，并且EMC特性也更好一些，因此目前业界普遍的隔离电压水平为1500VDC以上。

(6)故障保护功能。模块电源在预期有效时间内失效的主要原因是外部故障条件下损坏。而正常用于失效的机率是很低的。因此延长模块电源寿命、提高系统可靠性的重要一环是选用保护功能完善的产品，即在模块电源外部电路出现故障时模块电源能够自动进入保护状态而不至于永久失效，外部故障消失后应能自动恢复正常。模块电源的保护功能应至少包括输入过压、欠压、软启动保护；输出过压、过流、短路保护，大功率产品还应有过温保护等。

(7)功耗和效率：根据公式Pout=Pin-P耗，其中Pin、Pout、P耗分别为模块电源输入、输出功率和自身功率损耗。由此可以看出，输出功率一定条件下，模块损耗P耗越小，则效率越高，温升就低，寿命更长。除了满载正常损耗外，还有两个损耗值得注意：空载损耗和短路损耗(输出短路时模块电源损耗)，因为这两个损耗越小，表明模块效率越高，特别是短路未能及时采取措施的情况下，可能持续较长时间，短路损耗越小则因此失效的机率也大大减小。当然损耗越小也更符合节能的要求。

3 使用模块电源的注意事项

(1)极轻载使用。一般模块电源有最小负载限制，各厂家有所不同，普遍为10%左右，因为负载太轻时储能元件续流困难会发生电流不连续，从而导致输出电压不稳定，这是由电源本身的工作原理决定的。但是如果用户的确有轻载甚至空载用于的情况怎么办呢，最方便有效的方法是加一定的假负载，约为输出功率的2%左右，可以由模块厂商出厂前预置，也可以由用户在模块外安装适当电阻作为负载。值得注意的是如果选用前者，模块效率会有所降低。但是有的进口模块设有电路拓扑却没有最小负载限制，可以满足用户从空载到满载的正常使用。

(2)多路输出功率分配。选用多路输出模块电源时要注意不同路输出之间的功率分配。以双路产品为例，一般有两种类型：一种是双路平衡负载的，即双路电流大小一样；另一种是不平衡负载的，即主、辅路负载电流不相同，主路大，辅路小。对于这种产品，建议选用辅路与主路功率之比为1/5～1/2为宜，在此范围内辅路的电压稳定性才有保证(可在5%以内)，否则辅路电压就会偏高或偏低。另一方面如果双路负载本来就不相同也尽量不要选用平衡负载型模块电源，因为此种电源专门针对对称负载设计，若负载不平衡辅路电压精度不高。

(3)设法降低模块电源的温升。模块内部器件的工作温度的高低直接影响模块电源的寿命，器件温度越低模块寿命越长。在一定的工作条件下，模块电源的损耗是一定的，但是可以通过改善模块电源的散热条件来降低其温升，从而大大延长其用于寿命。

在某些情况下，电源模块是肯定的，但可以改善散热条件模块电源降低温升，从而大大延长了生命。比如：50W以上的模块电源必须安装散热器，散热器的表面积越大越有利于散热，且散热器的安装方向应尽量有利于空气的自然对流，功率在150W以上除安装散热器以外还可以加装扇强制风冷。此外在环境温度较高或空气流通条件较差的地方模块须降额用于以减小功耗从而降低温升，延长用于寿命。

(4)合理安装减小机械应力。模块电源的引出方式均为金属针，模块电源与外接线路、金属针与模块电源内路电路均采用焊接方式连接。在一些特殊的场合机械振动强度大，规范其上还装有大功率散热器模块，电源，这种情况更为严重。虽然模块电源内部一般灌封导热绝缘橡胶可以对元件起到较好的缓冲保护作用，但焊点有可能经受不住强烈振动应力而断裂，导致模块电源工作失效，这时必须在焊接的基础上再采取另外的固定和缓冲措施，如可以用夹具或螺栓(螺钉孔模块)组件模块和振动对底盘等良好的性能，大的电路板组件固定，其中一些缓冲垫弹性材料所产生的应力振动。

4 结语

随着技术的发展，模块电源的应用越来越广泛。模块电源和其它元器件一样只有精心选用、合理应用才能使其性能得到最大发挥，可靠性得到充分保障，模块电源也才会被更广泛地采用。

[1]王水平.开关电源原理与应用设计[M].人民邮电出版社,2012(1).