模块电源应用指南
电源的可靠性对于整个系统的性能起着至关重要的作用。在开发一个系统时,如果最后才设计电源的话,往往会导致成本增加,可靠性下降。一开始就将电源集成在系统中来进行整体设计,就能节约开支和时间,提高产品的质量。设计和选择电源时应认真考虑配电方案、布局、接地回路等,以实现对负载端良好的供电,达到高电压调整精度、低噪音,同时避免系统中电路之间的干扰、振蕴以及过热等问题的出现。
下面将对电源的特性、正确的选择和使用等进行阐述。
一. 系统中电源的设计和选择
模块电源厂家排名1.确定所用电源的规格 :
(1) 电源功率;
(2) 电源输出电压,输出端数;
(3) 电源尺寸 。
2.使用标准模块
设计系统时,请尽可能使用市场上通用的电源模块。这样可缩短设计和开发的时间,提高可靠性。
3.尽量减少电源的输出端数
一般很容易买到现存的3~4输出端的电源,输出端更多的电源就难到,另外价格也贵。
4.冷却方法
设计系统时,必须认真考虑散热问题。如果使用自然冷却,应该确保顶部和底部有足够的通气孔,以形成冷却空气流。如果使用风扇冷却,应该确保空气流经过每个电源。在系统和电源共用一个风扇的情况下,至少应该有25%以上的风量用于冷却电源。无论使用哪种冷却方式,都必须通过测量电源的关键性发热元器件来验证冷却效率,而不能仅仅只是测量环境温度。电源中的这些关键发热元器件通常包括开关器件,整流二极管,电解电容及其它发热元器件。
5.布局
安排好电源的位置,尽可能地缩短输入和输出连线。系统中较长的AC馈线就像接收天线一样,会增加EMI,而过长的输出馈线会降低电压调整精度,增加噪音。
6.系统内的配电
DC/DC变换器常用来给系统供电。除去+5伏,系统内的各种电路板还需要±12伏,±15伏给运算放大器,A/D或D/A变换器,显示器等供电。另外在用电池供电的情况下,用DC/DC变换器将电池在较大范围内变动的,不太稳定的电压变换为所需要的经调整过的各种电压。典型的电池电压一般为12,24或48伏。
二. 电源的合理应用
1.连接导线的尺寸
在选择电源时,除了考虑输出电压、电流外,还应重视负载连接导线的电阻。如图1所示的是一个最简单的电源应用实例。一个带有4安负载的5伏输出电源,如果使用0.54米长的18#AWG { 美国电线标准 :American Wire Gauge } 铜导线来连接,连接回路的总电阻就应为19.2mΩ(9.6 mΩ×2)。在4A的负载电流下,连线上就产生了76.8mV的降压,为输出电压5V的1.5%。如果电源自身的负载调整率为0.1%,那么由于连接导线的电阻,将使负载调整率下降为 1.6%。为减小连线电阻所造成的这种影响,应该尽可能缩短电源输出端与负载间的距离,并增大连接导线的截面积。对于大的负载电流,应该在设计时就考虑到回路压降以及其对负载调整率的影响。同样,也应该考虑印制板上大电流通路上的电压降。
2. 接触电阻
当电源输出端与负载连接时,连线两端的良好接触很重要。在负载电流大的情况下,良好的接触尤其重要。由于接触不良而引起的数mΩ至十多mΩ的接触电阻和太长或太细的不合适连结线一样,会引起回路压降过大和负载调整率变差。因此接触点必须清洗,去除氧化层,大电流接触点应焊结或缠绕。在合适的连线和接触良好的情况下,一个调整率为0.1%的5V输出,对应空载到满载,其电压变化为5mV。而
一个调整率为0.02%的12V输出,对应空载到满载,其电压变化为2.4mV。以上这些基本的数量概念可供参考。
3.保险丝要求
如图2所示,保险丝应安装在各并联模块的输入端,以防某一模块出现输入短路故障,将输入母线短路。在出故障模块的输入保险丝熔断所需时间内,其余模块的输入电压将出现很大的波动,为此可在输入端安装阻断二极管。在这段时间内,阻断二极管将仍在正常工作的模块与输入直流母线隔离。另外阻断二极管还可防止在输入线接错时,模块承受反向电压。一般保险丝规格可选取1.5-2倍的额定输入电流。如果模块工作在一个比较宽的输入电压范围内,保险丝应该使用小于10mS的快速保险丝。
4.输入维持电容
在某一模块出现输入短路故障,或其它导致输入母线电压瞬间跌落的意外时,安装在模块输入端的维持电容,可在一定时间内给模块提供维持电压。另外还可吸收模块输入端的电压尖峰。为了满足维持时间的要求,一般应选用电解电容。对于300V输入,200W输出的的模块,最小的维持电容应为30-50μF,而对于48V输入的模块必须使用上千μF的电容,在选择电容时,除考虑脉动电流和电压外,应选择等效串联电阻(ESR)小的电容。
5.输入瞬间过压保护
如图2(a)所示在电解电容前面可安装一只瞬态抑制二极管或瞬态吸收器(金属一氧化物压敏电阻),用作输入瞬间过压保护。输入电压低时用二极管,高时用压敏电阻。
6.Y电阻器
为降低共模噪音,推荐安装Y电容。如图2(a)所示,Y电容的中心与模块外壳及系统保护地相连接。
7.输出电压微调(Trim)范围
用户可以通过在TRM端外接电阻器,使输出电压在额定值的约±10%的范围内微调。外接电阻的数值一般在数十千欧至二百千欧间选则。电源模块的功率应限制在最大额定输出功率之内。如果输出电压高于其标称值,应降低输出电流,使之符合最大输出功率的限制。
外接电阻的连接方法如图 3所示。若只单方向调高(或调低)电压亦可只在TRM 端对输出负(或输出正)一端加电阻。如果不用微调可将TRM端悬空。
8.遥测
遥测功能可使负载两端的稳压精度保持在技术规范要求的范围内。当电源模块与负载之间的距离远,负载电流大,连接回路压降大的情况下,可由检测(Sense)端直接检测负载两端的电压,来确保其稳定精度。图4 为检测的接线图。遥测端的连接应用屏蔽的双绞线,另外在紧靠模块的±S和±Vo端之间可连接0.1μF左右的去耦电容,防止噪音干扰。与负载线相比,遥测端连线上的电流很小。请注意遥测连线不能用来传输负载电流,否则电源模块会被损坏。
当负载两端的电压下降时,遥测端检测的信号会使电源模块产生一个电压上升的响应,因而补偿了负载两端电压的下降。回路压降补偿的最大值是1V,如果回路压降超过1V,负载调整率将降低。
如图4所示在电流模块内,对应的电压输出端和遥测端之间已接入了电阻或二极管,可防止当遥测端开路时,输出电压过高上升。
当不用遥测功能时,应将各遥测端与相应的输出端短结,否则电源将可能被损坏。
9.控制
控制是指对模块输出电压的"ON"(允许)、"OFF"(禁止)操作。控制端一般叫做CTL 端或REM端。模块的控制有两种标准的方式:
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