电源模块范文精选

摘 要：从定义、种类、方式等方面详细介绍电子设备有关接地技术的理论知识，阐述了性能设计之接地设计的技术和方法，并将该方法应用到了电源模块的设计中，对电源模块的输入电源、输出电源、保护电路等不同类型电路的接地形式进行了有效设计，提高了电源模块的抗电磁干扰性能。

关键词：信号地 模拟地 数字地 电源模块

中图分类号：TM9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（b）-0043-02

电子产品的设计包括两个层次上的概念：功能设计和性能设计，二者缺一不可。接地设计的优劣不但影响到产品的性能，还可能影响到设备的功能实现，因此，在设计时需要从信号接地的角度处理产品的各种信号的布局走线。

1 接地定义

“接地”指的是为了设备和人身的安全，将电力设备、输变电设备、电子设备、电气设备、建筑物和构筑物等用金属导体与大地进行电气上的连接[1]。后来也指电子设备通过接地线直接接到大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考电位时，不应产生压降。

2 接地种类

弱电系统中，地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可设为电路系统中的某一点、某一段或者某一块等[2]。为防止各种电路在工作时产生互相干扰，使之正常工作，根据电路性质，将工作接地分为不同的种类，比如：交流地、直流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地、屏蔽地等。

目前，许多电信、数据通信、电子数据处理，特别是无线网络系统采用分布式电源架构供电。这些复杂的系统要求电源管理解决方案能够监控电源，直至每个精确的参数。为达到这种性能水平，大部分设计采用FPGA、微处理器、微控制器或存储块。

这种设计的复杂性加大了无线网络及有线系统应用工程师的负担。他们的选择只能是：要么大量投资提高内部电源管理技术水平，要么依靠外部设计公司的专业技术。

最近，出现了第三种选择：负载点DC／DC电源模块。这种模块整合了大部分或全部即插即用解决方案所需的组件，最多可取代40种不同组件。这种集成有助于简化并加快设计速度，同时减小电源管理系统的尺寸规格。

实现这些模块所需性能，同时控制在预算和空间要求范围内，关键是切实掌握现有不同技术。

如图1所示，大部分传统通用非隔离式DC／DC电源模块仍采用单列直插封装。这些开放式框架解决方案在减小设计复杂性方面取得了一定进步，但也只是在印刷电路板上采用标准封装部件。它们一般为低功率设计(约300kHz)，功率密度并不突出。因此，受其尺寸的影响，很难成为许多空间受限应用的选择。下一代电源模块需要在减小尺寸上下功夫，以提高设计灵活性，

为提高设计人员所需的功率密度，电源管理系统供应商必须提升开关频率，以减小储能元件的尺寸。但利用标准器件提高开关频率会导致效率下降，这主要是M0sFET开关损耗造成的。这种情况促使行业寻找经济高效的方法，降低DC／DC模块中MOSFET驱动功率通道的寄生阻抗，使成型模块的大小相当于一块集成电路。

在评估特定应用的解决方案时，尺寸和成本是两个重要考虑因素。但其他因素对于最终应用同样重要或更加重要。下面说明其中的部分考虑因素。

可靠性

意大利先控作为电源行业的领跑者，为全球军事机构和特殊需求用户研制和生产了大量的电源设备，丰富的实践经验使其开发的高质量系列产品成为久负盛名的军用产品，多年以来为中国各行业用户提供了大量的不同系列UPS产品和技术服务。其中包括政府机关、金融、电力、通讯、石化、交通运输、医疗等重要部门和单位，尤其在一些海拔高、温差大、粉尘污染严重的恶劣环境中，先控的产品经受住了考验，始终为用户提供安全可靠的电力保障。

绿色环保节能设计

凭借数十年积累的丰富经验，结合先进的设计理念，意大利先控不断创新产品，满足市场和用户不断变化的需求。为了拓展中国以及亚洲的新兴市场，意大利先控把绿色电源模块化UPS产品的生产基地定在了中国，旨在更好地贴近和服务亚洲市场。

据统计，由电源污染导致的用电设备故障占整体故障的60%以上，而电力污染源中真正由公网供电带来的污染不到5%，其主要污染是来源于内部电力使用者，所以倡导全社会创建绿色电力能源，是每一个企业及用电者应承担的社会责任和义务。

意大利先控紧随国际产业发展潮流，率先倡导和鼓励产品绿色节能环保。从产品研发到产品的整个生命周期，全面考虑用户的利益和对环境的影响。先控最新推出的新一代模块化系统，率先采用了“模块休眠技术”及“内置分配电系统”，大大提升了节能环保的效果，具备同行业领先水平。整个系统体积小、噪音低、配置灵活、维修方便，特别是与传统UPS相比输入电流谐波低、输入功率因数大，整机效率大大提高，是一款真正意义上的节能环保新产品，也成为符合国际潮流和满足绿色环保理念的市场主流产品。

产品特点

先控模块化UPS系统，由显示通讯模块、静态开关以及最多可由36个UPS功率模块构成。各模块之间均是智能独立运行，除了包含传统UPS的整流、滤波、充电、逆变器装置外，还采用了平均电流控制整流技术、同步控制技术和三阶正弦波逆变的新型技术。即使显示通讯模块、静态开关故障，UPS模块也可以维持正常输出，而不会出现停机的状况。各UPS模块可随意热插拔在线更换，按照客户需求来增加模块数量，构成N+X的冗余配置。UPS机柜中的所有功率模块平均负担系统负载，各并联模块皆为内置冗余的智能型独立个体，无需监控单元对并联系统集中控制。任何模块发生故障后（包括监控单元），它的冗余设计便会充分发挥效用，全面保障设备正常运转，最大限度地实现故障冗余，同时用户可根据需要选择超过一次容错率的冗余。系统借助功能强大的监控单元，全面独到的双向互动式监控技术，可自动对电池组进行均浮充转换和限流充电，并设置均浮充电压和充电限流值，同时具备温度补偿和自放电检测功能，可协助客户全面掌控系统运行状况，灵活方便快捷地对系统危机做出即时处理。配合每个功率模块内部专门设置的充电整流器，可靠性高，无高频杂波，避免高频波对电池寿命的影响，避免电池在充电时过热，延长了电池的使用寿命。智能化的冗余设计，不仅减少了系统本身和负载的风险系数，而且使外部负载受UPS保护时间全面延长。

在传统UPS产品中，一直存在着单台UPS容易出现单点故障的问题，为保障供电稳定，用户唯一的安全保障措施是采用“1 + 1”或“N + 1”的安全防范格局，该措施不仅造成较大的经济浪费，而且容错率低。理论上每台单机UPS最大带载量小于50%，实际使用中，通常每台单机带载仅为20%～30%，导致实际使用效率很低，造成不必要的能源浪费。先控休眠技术借鉴了汽车发动机的“可变汽缸管理技术”，是根据UPS电源实际带载量，使每一模块能自动配载，其余模块进入在线待机“休眠”状态。只有当过载或带载模块故障时，系统自动“唤醒”相应“休眠”模块，确保实际整机工作效率始终保持≥95%，最终实现负载容量与整机实际效率的完美结合。

模块化电源给我们的印象是既高端而且非常昂贵，下面我们将尝试自制模块化电源。传统的电脑电源将所有线材都固定于一处，数量和长度都不可控，很难满足DIY玩家的需要。而模块化电源接口丰富，同时可以自定义线材的长度和数量，在玩家中有很高的人气。

没有空间创造空间

什么样的电源适合拿来改造呢？在大多数情况下，打开电源就意味着失去质保。在确保自己安全的前提下，我们打开电源吧。首先去掉壳子，可以看到电源内部的结构。模块化电源的额外接口都在电源线这一侧，所以模块化电源在这一侧是没有任何占据空间的元器件的。但是普通电源则不是，所以我们必须首先清空这部分空间。将电源内部的元件从底座上完全卸下，这时我们可以清晰看到正好挡住这一区域的是一块铜质的散热鳍片（如图1）。

找到了空间，我们动手改造吧。我们用钢锯配合尖嘴钳子即可较轻松地去掉这段鳍片，为了防止划伤手和线材，还可以用砂纸将其打磨平整。之后我们按照原样装回去，尽管会略微影响散热效果，不过最终的空间算是省出来了。

电源外壳的改造

最开始的想法是用编号为GX12的航空插头来“山寨”模块接口，但是东西到手里后才发现规格不符合我们的要求，无奈只能通过网购平台购买GX16的航空插头。确定了材料之后，我们可以着手在电源外壳上开孔了（如图2）。

由于航空插头是圆形的，最初选定的工具必然是开孔器。本以为这部分工序无需太费力，但是实际操作起来可绝非那么简单。电源外壳的材质比较脆，无法禁受住反复的打孔，而且开孔这一侧上有散热孔，在上面继续打孔很难保证尺寸准确和美观（如图3）。

经历第一次失败后，总结经验教训后决定整体裁掉这部分，而空白的区域用之前改造机箱留下的侧板代替。这回我们不要再用开孔器了，为了效果还是麻烦一点，用电磨开孔吧。测量好合适的尺寸，用尺子在上面画好标记，一点点耐心的开好6个空位和4个螺丝位。将侧板用砂纸打磨平整后，我们就可以喷上与电源相同颜色的漆了。

POLA模块电源

板级电源设计的成熟度和可靠度直接影响着电子产品的稳定性。在设计复杂的板级DC/DC时，为了减小设计风险，提高设计成熟度，加快开发一次成功率，越来越多的方案引入了DC/DC电源模块。目前主流的DE/DC模块电源生产商主要分为DOSA联盟和POLA联盟两大阵营。

POLA模块是非开放标准的设计，所以要深入分析电路有一定难度。但是考虑到POLA模块电源的电路设计基本相同，所以笔者以PTH03030 POLA模块电路为例，对其电路设计进行了深度剖析。

PTH03030模块电源总体架构分析

PTH03030模块电源是一种非隔离的POLA电源，可输出30A电流，模块面积大约9cm2，采用PCB多层板设计，可以满足目前高密度板级电源的应用需求。例如多处理器、高速DSP系统等。

PTH03030模块采用高密度的双面-表贴设计，通过一个外接的电阻实现输出电压在0.8～2.5V之内可调，输出效率可以达到93％，工作温度范围为-40～+85℃。

PTH03030模块的产品外观如图1所示。

PTH03030模块的系统结构如图2所示。其中，自动电压跟踪模块能够跟踪电源电压的卜下电时序，实现输出电压时序控制；也可以实现成多个POLA模块的输㈩电压互相追踪，或者共同追踪外部电压的上下电时序。这个特点非常适合系统中需要多个电压供电且对于上电先后顺序有严格要求的板级电源设计方案。

摘 要：根据国标GB/T 18487.1-2015设计了新能源电动车充电检测模块，在电动车进行交流和直流充电时，使电动车辆能够依据国标对充电枪的插入状态及线缆容量进行检测，当电动车辆检测到充电枪插入时对处于低功耗状态的车载充电设备进行唤醒以进行充电操作；本设计是一种高性价比、低功耗的国标充电枪检测模块。

关键词：电动车；充电枪；唤醒；低功耗

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.261

1 引言

目前的国标充电枪的检测装置制作方法一般是采用单片机加辅助电路来实现，这样就需要对单片机编写程序、调试程序，相对于单片机电路，由纯硬件实现的充电检测模块具有可靠性高、成本低、电路简单等特点，同时由于充电检测模块的实时性、微安级的低功耗要求，使用单片机加辅助电路的方式很难做到。本设计采用比较器电路对国标充电枪的输入端CC/CC2电阻进行辨别，每种比较电路检测一种充电枪输入端CC/CC2电阻，根据插入不同的国标充电枪对应的比较器电路输出相应的信号，然后对输出信号进行相“与”处理后经D触发器输出具有保持功能的唤醒信号，对车辆系统进行唤醒，使其执行相应的充电功能。利用JJM1-12V继电器和电阻对国标充电枪输入端CC/CC2电阻进行复制后输出，避免了国标充电检测模块和其他装置同时使用国标充电枪输入端CC/CC2电阻信号引起的相互干扰问题。

2 硬件构架

通过对新能源电动车充电国标GB/T 18487.1-2015的分析，采用比较器、D触发器、继电器等电子元器件设计了一款充电检测模块，把充电检测模块连接在电动车车辆插座和整车控制器之间，充电检测模块可以自动检测供电设备的充电枪是否插入到车辆插座中，当充电检测模块检测到供电设备的充电枪插入车辆插座中时，对整车控制器输出充电信号，唤醒整车控制器控制车载充电器进行充电，充电完成时，整车控制器告知充电检测模块充电完成，充电检测模块取消充电信号。整车控制器随后进入低功耗状态。充电检测模块电路原理图主要包括比较辨别单元，继电器复制充电枪的输入端CC/CC2电阻单元，D触发器置位、复位保持功能单元和电源4部分。如图1所示。

CC为供电设备交流充电枪插入电动车车辆插座的输入电阻信号、CC’为充电检测模块对供电设备交流充电枪输入电阻信号进行隔离后的电阻复制输出信号；CC2为供电设备直流充电枪插入电动车车辆插座的输入电阻信号、CC2’为充电检测模块对供电设备直流充电枪输入电阻信号进行隔离后的电阻复制输出信号。

摘 要：详细介绍了保护电路的基本构成，对保护电路工作过程进行了描述，并根据故障检测方式对保护电路进行了种类划分。然后对某型计算机电源模块的保护电路的几个部分检测电路、翻转电路及保护执行电路进行逐步设计及元器件的选型，最后给出了应用结果。

关键词：电源模块 保护电路 应用

中图分类号：TN4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（a）-0045-02

随着微电子技术的发展，要求计算机的性能更加安全可靠，而计算机电源系统是否稳定，关系到整个计算机的工作状态及性能，为了确保计算机电源系统输出电压稳定和计算机电源自身的安全，计算机电源设计中保护电路的应用设计日趋重要。

1 保护电路介绍

1.1 保护电路构成

保护电路一般由故障检测电路、电压翻转电路、保护执行电路三部分组成，有的包含有保护显示电路[1]。故障检测电路对保护电路的电压或者电流进行检测，并将检测结果送到翻转电路，当检测到的电压或者电流超过设定值时，故障检测电路将检测到的故障信息送到翻转电路。产生保护控制电压，驱使保护执行电路动作，使保护电路退出工作状态或进入相应的保护状态，达到保护目的。常用保护电路构成如图1所示。

1.2 保护电路种类

摘 要：随着科技快速发展，开关电源应用越来越广泛，目前采用单一集中式电源供电较多，多种输出参数难以满足要求。文章提出了一种DC-DC开关电源模块并联供电系统技术方案。两路DC-DC变化器采用BUCK结构，MOS管代替二极管续流，采样模块实时监测输出电压电流，PID算法、闭环控制实现均流，该方案具有体积小、供电效率高、抗干扰能力强等优点，可推广应用。

关键词：DC-DC；同步整流；BUCK结构；续流；均流技术

1 系统方案整体结构

该系统方案主要由两个BUCK变换器构成的DC-DC降压式电路、主控电路、采样电路、驱动电路以及PWM模块组成。主控芯片通过采样得到的电压电流参数来控制输出PWM波的占空比，进而控制开关管的开关频率，闭环控制电流电压，使其稳定输出。提高了供电的效率和稳定性。系统方案框图如图1所示。

2 各模块的设计与实现

2.1 DC-DC模块

系统方案的DC-DC模块采用是两个相同的BUCK拓扑结构，并且使电感始终工作在电流连续状态，否则闭环稳压时易振荡。另外，为了降低电路损耗，本系统方案选用导通电阻较低的开关管IRF3205（额定电流110A，耐压达55V，导通电阻小于8毫欧）。

对于BUCK电路滤波电感L1的计算如下：

【摘 要】选用开关电源芯片 LM2596和 load sharing芯片 UCC29002，并选用两片 load sharing芯片 UCC29002的配合使用，通过调节上路电路中连接在UCC29002电位器，使上下两路对称，实现自动均流。并由单片机监控调节，确保电路安全，灵活变换。

【关键词】LM2596；UCC29002；反馈

1 系统整体设计方案

系统整体如图1所示。

图 1 系统整体框图

2 主要模块设计方案

2.1 供电系统

桥式整流电路的工作原理如图2：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。

越是空间受限的应用，对电源模块以及相应的器件的要求越苛刻。不仅要求电源模块或者器件本身体积要足够小，而且还要求尽可能高的转换效率(省电)，尽可能低的功耗(还是省电，而且降低散热以及线路布局的要求)，还要尽量避免对系统的干扰(系统内外的信号已经够乱了，不能让电源再来添乱)，这简直有些不近人情。例如：很多手持产品的电源模块中，不仅要求小体积，低功耗，还要求很高的开关频率，这么做是为了避开收音机FM频段，以避免对FM收听的干扰，但设计者同时提出这样高的开关频率下还要求EMI要能有效控制，并且具备快速瞬态响应。能够实现吗?

近日，德州仪器推出4款全新SIMPLE SWITCHER易电源电源管理集成电路(IC)，这些产品适用于空间受限的负载点设计，例如工业、通信和汽车应用等领域。这些产品同时带有片上电感器的1A LMZl0501和650mA LMZl0500纳米模块，以及2A LMR24220和1 A LMR24210纳米稳压器采用高性能和微型纳米封装。与TI的WEBENCH在线设计工具一起使用，可以简化产品开发流程并加快设计进度。

在典型的空间受限的设计中，TI的新型纳米电源模块支持2.7 V～5.5V输入电压范围，可以配合纳米电源稳压器降低从中间电压轨至负载点的电压，这为空间和高度受限的应用提供了一个完整的电源管理解决方案。

OEM网络计算机解决方案供应商Gateworks公司工程副总裁DougHollingsworth表示：“利用TI的SIMPLE SWITCHER易电源纳米电源模块，我们能够实现更小的尺寸，与以前的分立式解决方案相比，我们的嵌入式路由器板电源的尺寸较之前缩小50％以上。”Laguna GW2380网络平台是一款尺寸小于5平方英寸的微型全功能嵌入式路由器板，耗电量低于3W。GW2380非常适合空间受限的低功耗嵌入式应用，它采用了TI的全新1A LMZl0501纳米模块，以及今年早些时候宣布的3ALMZl4203电源模块。

SIMPLE SWITCHER易电源电源模块扩展了TI的集成电源解决方案组合，产品均符合针对通信应用的CISPR 22 Class B辐射和传导电磁干扰(EMI)标准。全新纳米模块还可满足汽车应用的CISPR 25 Class 5辐射噪声干扰标准。对于便携式应用，TI还提供了完全集成的6.7mm2MicroSiP封装的600 mA TPS82671。