定电压隔离电源模块产品概述

第一节 产品定义及应用特点

一、产品定义

电源模块是可以直接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。一般来说，这类模块称为负载点(POL)电源供应系统或使用点电源供应系统(PUPS)。

定电压隔离电源模块适用于分布式电源供电系统及使用小功率电源供电的电路。是一类专用型的电源模块。

二、应用特点

微小型电源模块主要特点如下：1、体积小：最小体积为11.6X5.8X10mm,大大节约了线路板面积，适应小型化电子产品的设计需求。

2、温升低：采用散热性能优良的陶瓷厚膜电路，正常工作温升小于20度，无需外加散热装置。

3、可靠性很高：采用世界著名品牌表贴元件，SMT制作工艺，MTBF>100万小时。

4、隔离特性好：产品输入输出间的电气隔离能力可达1000VDC及3000VDC

5、工业级产品：产品工作环境温度为-40℃--85℃。

6、外围电路简单：在一般应用中，输入、输出端均无需外接任何滤波及其它辅助电路。

第二节 定电压隔离电源模块行业发展历程

上世纪80年代，大功率AC/DC开关电源(400VAC输入、输出48VDC、500W-6kW)成为通信系统一次电源的主流产品，称为开关整流器SMR(Switching-modeRectifier)。配置48/±5，±12VDC-DC开关变换器模块和铃流模块，称为二次电源。开关整流器与相控整流器比较，在体积、重量和效率几方面更为优越(下表)。

100A/48V输出的开关整流器和相控整流器比较

随着微处理器ULSI尺寸不断减小，供电电源的尺寸与微处理器相比更大得多，需要发展小型轻型电源(见下表)；电源的小型化、轻量化，对便携式通信设备(如移动电话等)更为重要。为达到高功率密度，必须提高开关电源工作频率。下代微处理机还要求更低输出电压(≤1V)的开关电源。

50A/48V开关整流器重量变化过程

对通信开关电源的要求是：高功率密度、外形尺寸小、高效率、高性能、高可靠性、高功率因数(AC输入端)，以及智能化、低成本、EMI小、可制造性(Manufacturability)、分布电源结构(DistributedPowerArchitecture)等。

20世纪推动开关电源性能和质量不断提高的主要技术是：

1、新型高频功率半导体器件

如功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶体管和中小电流的晶闸管，使开关电源工作频率可达到400kHz(AC-DC开关变换器)和1MHZ(DC-DC)开关变换器，实现开关电源高频化有了可能。超快恢复功率二极管和MOSFET同步整流技术的开发，也为研制高效低电压输出(≤3V)的开关电源创造了条件。

2、软开关技术

PWM开关电源按硬开关模式工作(开/关过程中，电压下降/上升/下降波形有交叠)，因而开关损耗大。开关电源高频化可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了(功耗与频率成正比)。为此必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压(ZVS)/零电流(ZCS)开关技术，或称软开关技术(相对于PWM硬开关技术而言)。

90年代中期，30A/48V开关整流器模块采用移相全桥(Phase-shiftedFullbridge)ZVS-PWM技术后，重7。比用PWM技术的同类产品，重量下降40％。软开关技术的开发和应用提高了开关电源的效率，据说，最近国外小功率DC-DC开关电源模块(48/12V)总功率可达到96％；48/5VDC-DC开关电源模块的效率可达到92-93％。20世纪末，国内生产的50-100A输出、全桥移相ZV-ZCS-PWM开关电源模块的效率超过93％。

3、控制技术

电流型控制及多环控制(Multi-loopcontrol)已得到较普遍应用；电荷控制(Chargecontrol)，一周期控制(One-cyclecontrol)，数字信号处理器(DSP)控制等技术的开发及相应专用集成控制芯片的研制，使开关电源动态性能有很大提高，电路也大幅度简化。

4、有源功率因数校正技术

由于输入端有整流元件和滤波电容，单相AC-DC开关电源及一大类整流电源供电的电子设备，其电网侧(输入端)功率因数仅为0.65。用有源功率校正技术(ActivePowerFactorCorrection)，简称APPC，可提高到0.95-0.99，既治理了电网的谐波“污染”，又提高了开关电源的整体效率。单相APFC是DC-DC开关变换器拓扑和功率因数控制技术的具体应用，而三相APFCA则是三相PWM整流开关拓扑和功率因数控制技术的结合。

国内通信电源专业工厂已将有源功率因数校正技术应用于输出6kW、100A通信用AC-DC开关电源中，输入端功率因数可达0.92-0.93。

5、Magamp后置调节器技术

80年代，由于高频磁性材料，如非晶态软磁合金(Amorphous)、超微晶软磁合金(Nano-crystallinealloy)等的发展，使有可能在多路输出的高频(＞100kHz)开关电源中用高频磁放大器(Magamp)，即可控饱和电感(ControlledSaturableIndutor)，作为其中一路输出的电压调节器(OutputRegulator)，称为后置调节器(Post-regulator)。其优点是：电路简单、EMI小、可靠、高效，可较精确地调节输出电压。特别适合应用于输出电流1安到几十安的开关电源。

6、饱和电感技术

饱和电感(Saturableinductor)是带铁心(无空隙)的线圈，其特点是：铁心的饱和程度和电感量随通过的电流大小而变。如果铁心磁特性是理想的(例如呈矩形)，则饱和电感工作时，类似一个开关。在开关电源中，应用饱和电感可以吸收浪涌、抑制尖峰、消除寄生振荡，和快恢复整流管串联时可使整流管损耗减小。

饱和电感在开关电源中的应用

1）用作移相全桥ZVS-PWM开关电源的谐振电感，从而扩大了轻载下开关电源满足ZVS条件的范围。

2）消除开关电源的二次寄生振荡

与开关电源的隔离变压器副边输出整流管串联，可消除二次寄生振荡(Secondaryparasiticringing)，减少循环能量，并使移相全桥ZVS-PWM开关电源的占控比损失最小。

3）移相全桥ZVS-PWM开关电源中实现ZV-ZCS

和电容串接在移相全桥ZVS-PWM开关电源变压器原边，超前臂开关管按ZVS工作；当负载电流趋近于零时，电感量增大，阻止电流反向变化；创造了滞后臂开关管ZCS条件，实现移相全桥ZV-ZCSPWM开关电源。

7、分布电源技术、并联均流技术

分布电源技术(DistributebPowerTechnipue)是将250-425/48VDC-DC变换器产生的48V母线(DistributedBus)电压，供电给负载板(Board)，再通过板上(Onboard)若干个并联的薄型(LowProfile)DC-DC变换器，将48V变换为负载所需的3.3-5V电压。一般，DC-DC变换器的功率密度达100W/in3、效率90％，并且应当是可并联的(Parallelable)。分布电源系统适合于用超高速集成电路(VeryHighSpeedIC-VHSIC)组成的大型工作站(如图像处理站)、大型数字电子交换系统等，其优点是：可降低48V母线上的电流和电压降；容易实现N+1冗余(Redundancy)，提高了系统可靠性；易于扩增负载容量；散热好；瞬态响应好；减少电解电容器数量；可实现DC-DC变换器组件模块化(Modularity)；易于使用插件连接；可在线(Online)更换失效模块等。

8、电源智能化技术和系统的集成化技术

开关电源微处理器监控、电源系统内部通信、电源系统智能化技术以及电力电子系统的集成化与封装技术等。

以上简要回顾了20世纪通信开关电源发展的历程和取得的成就，上述各项技术的应用，尤其是开发高功率密度、高效率、高性能、高可靠性以及智能化电源系统，仍然是今后通信开关电源技术的发展方向。

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