模塊電源及其在電源系統中的應用

盛春玲 段德意 劉敏 陳曉玲

（1、萊蕪鋼鐵集團自動化部，山東 萊蕪 271200 2、萊蕪鋼鐵集團工程預算部，山東 萊蕪 271200）

電源是各種電子設備不可缺少的組成部分，是一切電子設備的基礎。電子電力技術的飛速發展使人們的工作、生活越來越方便，使得電源技術也迅速地發展起來，高頻小型化、模塊化是開關電源的主要發展趨勢，而模塊化是開關電源發展總體趨勢。

一.模塊電源的介紹

1.1 什么是模塊電源

將控制電路集成起來的直流穩定電源就是模塊電源，可以直接焊接在電路板上，可以用于數字或模擬負載的供電應用場合。模塊電源有AC/DC模塊和DC/DC模塊，AC/DC模塊是將交流轉化為直流，也可以是雙向的。下面用DC/DC模塊為例，簡單介紹一下模塊電源的工作原理。

DC/DC它是由一次電源或者電池提供了一個直流輸入電壓經過它的轉換以后，可以獲得一個或者幾個直流電壓。下圖1所示是輸入交流電時的簡單框圖。

圖1 電源模塊的電路結構

從圖上可以看出交流電進入到電源濾波器后，進行濾波以后，然后再用二極管和電容對其進行整流并且把直流電用開關元件轉換成脈沖狀交流電，再通過變壓器把它轉變為任意想要的電壓，再通過二次整流后轉變為了直流。通過比較電路和基準電壓進行比較的電源方式先將一部分直流電壓進行比較以后，它的誤差電壓經過占空比控制回路反饋后，在通過控制開關元件的占空比調整輸出電壓值。

1.2 模塊電源還有隔離、保護、穩壓、電壓變化以及降噪等功能。

(1)隔離有安全隔離、噪聲隔離（模擬電路與數字電路隔離、強弱信號隔離）和接地環路消除。

（2）保護包括短路保護、欠壓保護、過流保護、過壓保護等，以免損壞用電設備。

（3）穩壓有交流市供電、分布式電源供電、遠程直流供電以及電池供電。

（4）電壓變化：升壓、降壓、AC/DC和AC/DC轉化、極性變化。

（5）降噪：有源濾波如下圖2。

1.3 模塊電源的優點

圖2 模塊電源的作用

（1）設計上比較簡單，電路上只需要一個模塊電源以及少量的元器件就可以實現電源部分的設計，使電路變得簡單而不再復雜。

（2）縮短了開發時間，因為電源模塊有多個輸入、輸出供選擇，用戶就可以根據需要隨時增加、更換和減少電源模塊，滿足需要完成電路的設計，大大縮減了開發時間，使電子系統的設計更容易完成。

（3）模塊電源有很好的冷卻傳導方式，因為它有外殼、集熱沉和散熱器于一體的結構形式，使電源模塊的溫度值達到最小值。

（4）模塊電源采用全自動化生產，并有高科技生產技術，因而質量可靠穩定。

二.模塊電源的應用

在以往的電路設計中，電源部分的設計與整個系統的設計是相互獨立的，電源部分設計只要滿足了系統的需要就可以了，行成了二者相互脫離的局面，形成了集中型電源系統。這種的設計往往是體積很大，散熱不好，工作效率低，出現的故障也多，已經不適應現在高速發展的電子行業。為了解決這一問題，系統開發者采用分散型電源系統的方案，其中電源模塊占著主導地位，它使電源部分與整個的系統的有機的結合起來了。

圖3 分散型供電電源

分散型電源系統中，電源部分可以有一個或者多個AC/DC模塊給電路提供直流電路，再由DC/DC模塊從直流總線給各個功能部分提供電源，各電路的電源是相互獨立的，如圖3所示。

這種供電方式與集中型電源系統比較起來有很多的優勢：

1.因為減少了低電壓大電流的直流輸電線路，所以減少了輸電線路的損耗，提高了系統的效率。

2.集中型電源系統發生故障時，整個電源系統都需要更換，而分散型電源系統就不需要這樣，只要更換部分電源模塊就可以了，減少了很多損失。

3.直流輸出電流小，因而壓降小，布線的時候就可以使用細線，布線就比較容易。

4.負載與電源部分距離小，減少了線路阻抗對調整性的影響，因而輸出電壓比較穩定。

從而看出，分散型電源系統優于集中型電源系統是因為設計中采用了電源模塊。在模塊電源的使用過程中，要采取一些輸入保護措施。模塊電源內部沒有保險絲，一般要在外部使用保險絲進行保護。對于瞬間過壓保護，一般采取加裝瞬態抑制二極管或者瞬態吸收器，它們要放在保險絲的后面，電容的前面。AC/DC模塊大部分失效時因為雷擊造成的，所以防雷處理很重要。

三. 模塊電源使用需要注意的事項

1.模塊電源可以串聯使用，可以獲得較高的電壓，但是可能會影響模塊的反饋回路，造成電壓不穩定。通常情況下串聯的模塊不同步，造成輸出紋波疊加現象，使總的紋波大于單塊模塊的紋波。

2.電源模塊的并聯一般不采用，因為若使用并聯，必須是模塊電源內部設有均流功能，這樣的電源才可以并聯運行，工作的時候，電源模塊幾乎不可能提供相同的輸出電流，也不可能有完全相等的輸出電壓，所以一般不允許。

3.要提高電源的效率，要盡量減少輸入電壓與輸出電壓的壓差。模塊電源的產生，給電子系統的電源設計增添了無限生機，給電子開發者帶來了很大便利。

近幾年來,隨著軟開發數據業務的飛速發展和分布式供電系統的不斷推廣,模塊電源的增幅已經超出了一次電源。隨著高頻軟開關、半導體工藝和封裝技術的大量使用,模塊電源的工作效率越來越高,應用也越來越簡單。在不遠的將來，我們相信電力電子技術使電源技術更加成熟、經濟實用，實現高品質和高效率的用電結合。

[1]溫振霖.小功率多路輸出模塊電源的研究.2009-南京航空航天大學：電力電子與電力傳動.

[2]顧亦磊.集成模塊電源拓撲標準化的研究.2008-浙江大學電氣工程學院：電力電子與電力傳動.