電子工程師的日常工作會(huì)經(jīng)常和電源電路打交道，尤其是電源結(jié)構(gòu)，但許多剛開(kāi)始接觸這行的人對(duì)此知之甚少。因此，吉事勵(lì)主要帶大家了解直流穩(wěn)壓電源電路的工作方式、結(jié)構(gòu)及原理。

直流穩(wěn)壓電源是指為負(fù)載提供穩(wěn)定的連續(xù)電源的電子設(shè)備。大多數(shù)供電電源是交流電源，當(dāng)交流電源的電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器的直流輸出電壓將保持穩(wěn)定。

一、直流穩(wěn)壓電源按工作模式可分為：

1、可控整流類型，通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)電時(shí)間來(lái)設(shè)置輸出電壓。

2、斬波類型，不穩(wěn)定直流電壓輸入來(lái)更改開(kāi)關(guān)電路的通斷比，以獲得單向直流，然后進(jìn)行濾波以穩(wěn)定直流電壓。

3、變換器類型，不穩(wěn)定的直流電壓首先由逆變器轉(zhuǎn)換為高頻交流，然后轉(zhuǎn)換、校正和濾波。從新接收的直流輸出電壓中選擇樣品，逆變器的工作頻率由反饋控制，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的直流輸出電壓目標(biāo)。

雖然濾波后的輸出直流電壓的平滑度良好，但穩(wěn)定性仍然相對(duì)較低。經(jīng)過(guò)濾波后的電源，直流電壓必須穩(wěn)定，以滿足電子設(shè)備的要求。

二、直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)和功能

1、變壓器：將主電壓U1交流轉(zhuǎn)換為適合負(fù)載的交流電壓U2。

2、整流電路：將交流U2正弦波電壓的單向轉(zhuǎn)換為脈沖電壓U3。

3、濾波電路：通過(guò)高諧波U3過(guò)濾獲得更平滑的表面張力U4。

4、電壓穩(wěn)定電路：使輸出電壓不受電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載變化的嚴(yán)重影響，從而保持UO直流輸出電壓的高穩(wěn)定性。

直流電壓控制電路的構(gòu)造原理：

變壓器將交流220V主電壓轉(zhuǎn)換為所需的交流電壓值，然后將交流電壓轉(zhuǎn)換為單向直流電壓，通過(guò)整流器，脈沖元件通過(guò)濾波電路進(jìn)一步降低，使輸出電壓波形平穩(wěn)。

校正和濾波后，交流變?yōu)橹绷?，直流輸出電壓的穩(wěn)定性通過(guò)電壓穩(wěn)定電路自動(dòng)保持穩(wěn)定。

電源電路的設(shè)計(jì)原理往往需要專業(yè)人員來(lái)辨別區(qū)分，但市場(chǎng)上電源模塊大致分為裸板和灌封。

裸板式電源模塊：裸板比灌封更加直觀明了，可以從表面查看電子元器件的布局合理有序、焊錫燈美觀等。

灌封式電源模塊：這種電源模塊我們無(wú)法看到內(nèi)部情況，但是由于其元器件沒(méi)有裸露在外面，因此在安全性和性能指標(biāo)方面更好。2、電源模塊是電解電容還是陶瓷電容

(1)電解電容器和整體式電解電容器可以使用硫酸作為絕緣介質(zhì)，大容量是小體積，帶有+符號(hào)，通常用于低頻交聯(lián)和旁路濾波器中，介子損耗大。

(2)陶瓷電容器包括陶瓷介電電容器，陶瓷電容器，陶瓷管式電容器和陶瓷半變量電容器。主要是無(wú)極性，良好的介電材料和容量不能太大，廣泛應(yīng)用于高頻電路。3、觀察電源模塊的變壓器元器件

決定功率，耐高溫性等的是變壓器。變壓器負(fù)責(zé)完成AC-DC，并且在能量過(guò)載時(shí)炸鍋飽和。

4、觀察電源模塊的芯片組件電源的核心是IC，就像電源的大腦一樣，IC的質(zhì)量直接影響電源的參數(shù)。

5、抽查電源模塊的高溫老化測(cè)試情況無(wú)論對(duì)產(chǎn)品材料和生產(chǎn)過(guò)程的控制程度如何，都需要檢查其老化情況。電子元件和變壓器的材料檢查很難管理，因此可以通過(guò)整個(gè)批次的電源老化和高溫抽檢來(lái)檢查一批電源的質(zhì)量穩(wěn)定性以及材料是否存在安全隱患。

電源模塊是可以直接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(mén)陣列 (FPGA) 及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。那么選擇電源模塊要注意什么?

一、額定功率

從理論上說(shuō)，選擇模塊時(shí)，功率是越大越好，這樣就可以保證系統(tǒng)更高要求的運(yùn)行。但越大的功率，體積往往也越大，成本也會(huì)大幅的增加。所以設(shè)計(jì)在選擇電源模塊時(shí)，最好是選擇產(chǎn)品的工作功率維持在所用電源模塊的30-80%為宜，因?yàn)閷?duì)于一般模塊而言，這個(gè)功率范圍內(nèi)，模塊電源的各項(xiàng)性能發(fā)揮都比較穩(wěn)定可靠，更有利于模塊的長(zhǎng)期運(yùn)行。選擇過(guò)大的功率產(chǎn)品，會(huì)造成浪費(fèi);選擇剛剛好或過(guò)小的功率，則容易引起負(fù)載過(guò)重，輕者系統(tǒng)不穩(wěn)定，重則會(huì)燒毀元件。雖然說(shuō)目前有一些電源模塊產(chǎn)品是可以超載使用的，但也只能是當(dāng)應(yīng)急之用，并不提倡長(zhǎng)期這樣使用。當(dāng)然，這個(gè)要根據(jù)不同的產(chǎn)品，不同的要求而定，可根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)和需求考慮，選擇最適當(dāng)?shù)碾娫茨K。

二、封裝形式

電源模塊的封裝形式有多種多樣，常用的產(chǎn)品有一部分是符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的，也有很多是非標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。而且同一個(gè)公司的產(chǎn)品，相同功率也會(huì)有不同的封裝形式;相反，相同的封裝也會(huì)有不同的功率，這個(gè)可以根據(jù)自身產(chǎn)品的要求，合理的選擇封裝。一般考慮三點(diǎn)：

功率確定的前提下，在滿足產(chǎn)品的散熱要求，封裝尺寸盡可能的小，這樣更利于產(chǎn)品的體積控制，也可以將空間留給更重要的部件。當(dāng)然，如果說(shuō)體積不是很重要的情況下，為了讓產(chǎn)品更有份量，也可以選擇尺寸大一點(diǎn)，也可以得到更優(yōu)的散熱效果。

盡量選用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。因?yàn)檫@些產(chǎn)品經(jīng)過(guò)大量的使用和驗(yàn)證，都是比較成熟的產(chǎn)品，從而減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。而且后期出于某些原因，想更換其他牌子的相同標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品也更容易。

最好具有擴(kuò)展性，以便于后期的擴(kuò)容和升級(jí)。比如同一封裝，后期由于產(chǎn)品的升級(jí)，可以更換功率更大的但尺寸和封裝還是保持不變的，這樣可以快速的完成產(chǎn)品的升級(jí)。所以可以看出，封裝形式也是根據(jù)自己的需要進(jìn)行考慮。

特別對(duì)于一些有自身特點(diǎn)的產(chǎn)品，可以要求廠家進(jìn)行獨(dú)立的開(kāi)發(fā)，以滿足自己產(chǎn)品的要求，也可以從一定程度上預(yù)防人家對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行抄襲，保護(hù)自己的產(chǎn)品。然后在使用中不斷改進(jìn)，使電源產(chǎn)品越做越好。以穩(wěn)固得電子的電源模塊產(chǎn)品為例，產(chǎn)品系列覆蓋國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，非標(biāo)準(zhǔn)，用戶定制等多種封裝形式，產(chǎn)品工作也相當(dāng)穩(wěn)定，可以滿足用戶的不同的需求。

三、溫度范圍與工作環(huán)境

目前電源模塊的分類主要為商用級(jí)、工業(yè)級(jí)和軍用級(jí)，不同的等級(jí)對(duì)環(huán)境，比如工作溫度，震動(dòng)，濕度，粉塵等要求。所以在選擇模塊產(chǎn)品時(shí)，要充分考慮產(chǎn)品所處的環(huán)境，如果選擇不當(dāng)，會(huì)影響使用。對(duì)于這方面的要求，用戶應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待，如有特殊要求的，要向穩(wěn)固得的技術(shù)工程師詢問(wèn)清楚，以防影響工作的進(jìn)程。可以有兩種選擇方法：一是根據(jù)使用功率和封裝形式選擇，如果在體積(封裝形式)一定的條件下實(shí)際使用功率已經(jīng)接近額定功率，那么模塊標(biāo)稱的溫度范圍就必須嚴(yán)格滿足實(shí)際需要甚至略有裕量。二是根據(jù)溫度范圍來(lái)選，如果由于成本考慮選擇了較小溫度范圍的產(chǎn)品，但有時(shí)也有溫度逼近極限的情況，怎么辦呢?降額使用。即選擇功率或封裝更大一些的產(chǎn)品，這樣"大馬拉小車(chē)",溫升要低一些，能夠從一定程度上緩解這一矛盾。降額比例隨功率等級(jí)不同而不同，一般50W以上為 3~10W/℃?？傊催x擇寬溫度范圍的產(chǎn)品，功率利用更充分，封裝也更小一些，但價(jià)格較高;要么選擇一般溫度范圍產(chǎn)品，價(jià)格低一些，功率裕量和封裝形式就得大一些。應(yīng)折衷考慮。

其他特殊的要求，則可以聯(lián)系工程師，為你的產(chǎn)品使用環(huán)境進(jìn)行確認(rèn)。

四、工作頻率

一般來(lái)說(shuō)工作頻率越高，輸出紋波噪聲就更小，電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)也更好。但是對(duì)元器件尤其是磁性材料的要求也更高。一般模塊電源的開(kāi)關(guān)頻率是在300kHz以下，甚至更低。所以要求高的場(chǎng)合需要選擇更高開(kāi)關(guān)頻率的產(chǎn)品。

五、隔離電壓

一般場(chǎng)合使用對(duì)模塊電源隔離電壓要求不是很高，但是更高的隔離電壓可以保證模塊電源具有更小的漏電流，更高的安全性和可靠性，并且EMC特性也更好一些，因此目前業(yè)界普遍的隔離電壓水平為1500VDC以上。

六、故障保護(hù)功能

即在模塊電源外部電路出現(xiàn)故障時(shí)模塊電源能夠自動(dòng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)而不至于永久失效，外部故障消失后應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常。模塊電源的保護(hù)功能應(yīng)至少包括輸入過(guò)壓、欠壓、軟啟動(dòng)保護(hù);輸出過(guò)壓、過(guò)流、短路保護(hù)，大功率產(chǎn)品還應(yīng)有過(guò)溫保護(hù)等。

寬輸入電壓2:1(最高：最低) 轉(zhuǎn)換效率典型84% 寬工作溫度范圍：-40~85℃ 阻燃符合UL94-V0要求(只限塑殼) 輸入與輸出隔離電壓：1500Vdc 輸出短路、過(guò)流保護(hù)(自動(dòng)恢復(fù)) 銅外殼(E7)/塑料外殼(E2) 輸出電壓精度：主路±1%,輔路±3% 紋波及噪聲(20MHz,標(biāo)稱輸入電壓)：： Vo≤5.0V, ≤50mVp-p; Vo≥48V, ≤180mVp-p; Other, ≤100mVp-p 產(chǎn)品質(zhì)保5年 輸出電壓3.3-48VDC之間任意電壓都可生產(chǎn)。

七、功耗和效率

輸出功率一定條件下，模塊損耗P耗越小，則效率越高，溫升就低，壽命更長(zhǎng)。除了滿載正常損耗外，還有兩個(gè)損耗值得注意：空載損耗和短路損耗(輸出短路時(shí)模塊電源損耗)，因?yàn)檫@兩個(gè)損耗越小，表明模塊效率越高，特別是短路未能及時(shí)采取措施的情況下，可能持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，短路損耗越小則因此失效的機(jī)率也大大減小。當(dāng)然損耗越小也更符合節(jié)能的要求。