AC/DC 變換是將交流變換為直流,其功率流向可以是雙向的,功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”,功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC 變換器輸入為 50/60Hz 的交流電,因必須經(jīng)整流、濾波,因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的,同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(如 UL、CCEE 等)及 EMC 指令的限制(如 IEC、FCC、CSA),交流輸入側(cè)必須加 EMC 濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件,這樣就限制 AC/DC 電源體積的小型化,另外,由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)動(dòng)作,使得解決 EMC 電磁兼容問(wèn)題難度加大,也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求,由于同樣的原因,高電壓、大電流開(kāi)關(guān)使得電源工作消耗增大,限制了 AC/DC 變換器模塊化的進(jìn)程,因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。
變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過(guò)整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器, 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了模塊電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)入了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色模塊電源。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無(wú)害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品,綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星”計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就效率為75%的200瓦開(kāi)關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
全球知名半導(dǎo)體制造商ROHM(總部位于日本京都市)開(kāi)發(fā)的第3代SiC肖特基二極管(以下簡(jiǎn)稱“SBD”)成功應(yīng)用于Murata Power Solutions的產(chǎn)品上。Murata Power Solutions是電子元器件、電池、電源領(lǐng)域的日本著名制造商——村田制作所集團(tuán)旗下的一家企業(yè)。ROHM的高速開(kāi)關(guān)SiC SBD產(chǎn)品“SCS308AH”此次成功應(yīng)用于Murata Power Solutions的數(shù)據(jù)中心電源模塊“D1U系列”,并且為該系列產(chǎn)品的性能提升和尺寸的小型化做出了貢獻(xiàn)。
1、逆變供電電源 a.直流供電時(shí),由直流供電電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)S1,隔離三極管VD1,保險(xiǎn)絲FU2及由C2、C3、L1組成的π型濾波器后作為逆變器的供電電源。 b.交流供電時(shí),由220V50Hz的交流開(kāi)關(guān)S2,變壓器T1變壓、VD3~VD6整流、C1濾波后得到一個(gè)約-50V的直流電壓,再經(jīng)過(guò)交流切換電路,保險(xiǎn)絲FU2和由C2、C3、L1組成的π型濾波器后作為逆變器的供電電壓。 C2、C3和L1組成的π型濾波器,一方面作為交流供電時(shí)的濾波用;另一方面作為逆變器共用一個(gè)供電電源時(shí)的去耦作用。
AC/DC電源模塊的基本原理是從交流源中獲取電壓,然后由整流器轉(zhuǎn)換為直流電壓,且輸出能量比輸入的電壓高,從而達(dá)到電路輸出直流電壓、電流的目的。 交流交換器模塊由負(fù)責(zé)控制的設(shè)備,整流器,電容器和變壓器組成。負(fù)責(zé)控制的設(shè)備是用于執(zhí)行頻率變化,保證電源運(yùn)行恒定有效,可以通過(guò)手動(dòng)按鈕,智能電腦和微控制器進(jìn)行設(shè)置,變壓器是將給定的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠妷?可以從安全點(diǎn)控制電源的輸出,而電容器用于過(guò)濾波動(dòng)的電壓,使得電源更加平滑,穩(wěn)定;整流器利用正壓反壓正反脈沖,通過(guò)二極管整流把交流變換為直流,以及根據(jù)負(fù)載的變化微調(diào)功率,并將不同幅值的交流電流變化成復(fù)合交流電壓,輸出功率相同的直流,從而保證電子設(shè)備的安全、可靠、高效率運(yùn)行。
模塊電源的遙控開(kāi)關(guān)操作,是通過(guò) REM 端進(jìn)行的。一般控制方式有兩種: (1)REM 與-VIN(參考地)相連,遙控關(guān)斷,要求 VREF1V。 (2)REM 與 VIN 相連,遙控關(guān)斷,要求 VREM1V。REM 懸空,遙控關(guān)斷,即所謂“懸空關(guān)斷”(-R)。
對(duì)有TRIM或ADJ(可調(diào)節(jié))輸出引腳的模塊電源產(chǎn)品,可通過(guò)電阻或電位器 對(duì)輸出電壓進(jìn)行一定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié),一般調(diào)節(jié)范圍為±10%。 對(duì)TRIM輸出引腳,將電位器的中心與TRIM相連,在所有+S、-S管腳的模塊中,其他兩端分別接+S、-S。沒(méi)有+S、-S時(shí),將兩端分別接到相應(yīng)主路的輸出正負(fù)極(+S接+Vin,-S接-Vin),然后調(diào)節(jié)電位器即可。電位器的阻值一般選用5~10kΩ比較合適。
開(kāi)關(guān)電源模塊是將開(kāi)關(guān)電源上的分立元器件進(jìn)行模塊化封裝,從而形成體積更小、功率密度更高的模塊電源 。其內(nèi)部電路也是開(kāi)關(guān)電源。
AC/DC 變換是將交流變換為直流,其功率流向可以是雙向的,功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”,功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC 變換器輸入為 50/60Hz 的交流電,因必須經(jīng)整流、濾波,因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的,同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(如 UL、CCEE 等)及 EMC 指令的限制(如 IEC、FCC、CSA),交流輸入側(cè)必須加 EMC 濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件,這樣就限制 AC/DC 電源體積的小型化,另外,由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)動(dòng)作,使得解決 EMC 電磁兼容問(wèn)題難度加大,也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求,由于同樣的原因,高電壓、大電流開(kāi)關(guān)使得電源工作消耗增大,限制了 AC/DC 變換器模塊化的進(jìn)程,因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。
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)可編程門陣列 (FPGA) 及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。一般來(lái)說(shuō),這類模塊稱為負(fù)載點(diǎn) (POL) 電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點(diǎn)電源供應(yīng)系統(tǒng) (PUPS)。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多,因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。三河博電科技,專業(yè)電源模塊。
據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù),電源模塊的增強(qiáng)勢(shì)頭強(qiáng)勁。2020年電源模塊(不包括一次電源模塊)的市場(chǎng)規(guī)模為2億美元,但到2024年將達(dá)到近10億美元。主要推動(dòng)力來(lái)自5G和AI計(jì)算兩大應(yīng)用方向:今明兩年,5G基站、5G中回傳相關(guān)路由設(shè)備、交換設(shè)備、光模塊級(jí)相關(guān)板卡設(shè)備,是模塊電源較大的出貨對(duì)象;明后兩年,隨著AI大數(shù)據(jù)領(lǐng)域、超算等應(yīng)用的迅猛發(fā)展,大電流和高功率密度模塊、以及高能量密度的電源磚模塊也將會(huì)迎來(lái)爆發(fā)式需求增長(zhǎng)。
開(kāi)關(guān)電源可分為 AC/DC 和 DC/DC 兩大類,DC/DC 變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化,且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化,并已得到用戶的認(rèn)可,但 AC/DC 的模塊化,因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中,遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。
模塊電源的遙控開(kāi)關(guān)操作,是通過(guò) REM 端進(jìn)行的。一般控制方式有兩種: (1)REM 與-VIN(參考地)相連,遙控關(guān)斷,要求 VREF1V。 (2)REM 與 VIN 相連,遙控關(guān)斷,要求 VREM1V。REM 懸空,遙控關(guān)斷,即所謂“懸空關(guān)斷”(-R)。
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)可編程門陣列 (FPGA) 及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。一般來(lái)說(shuō),這類模塊稱為負(fù)載點(diǎn) (POL) 電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點(diǎn)電源供應(yīng)系統(tǒng) (PUPS)。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多,因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。三河博電科技,專業(yè)電源模塊。
瓦爾登堡(德國(guó)),2022 年 8 月 17 日 - 新一代 MagI3C VDMM 電源模塊:輸出可變降壓微型模塊產(chǎn)品現(xiàn)在覆蓋從 3.3 V 到 24 V 的所有總線電壓,包括負(fù)載點(diǎn)電源,并可以直接與 24V 總線相連。超寬輸入電壓,輸入最高36V,使得模塊可以可靠承受 24 V 總線上的電壓脈沖。微型模塊針對(duì)空間有限的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,采用緊湊的 LGA-8 封裝??烧{(diào)輸出電壓范圍為 1 V 至 6 V,電流最高 0.3 A。
MPC12106-54-0750-0220 是一款高效、非隔離式 LLC-DCX 電源模塊卡,它具有固定 4:1 變壓器匝數(shù)比,可在 40V 至 60V 直流原邊總線電壓下工作。該模塊具有10V 至 15V 輸出電壓 (VOUT),在54V典型輸入電壓 (VIN) 下可以提供高達(dá) 800W 的連續(xù)輸出功率 (POUT)。該器件還集成了 MPS的一款數(shù)字 LLC 控制器 ,MP2981。
取代 L78x 線性穩(wěn)壓器的電源模塊
MPM3690-50D將兩個(gè)交錯(cuò)相位集成在單個(gè)一體成型的電源模塊中,并采用 MPS 獨(dú)有的多相恒定導(dǎo)通時(shí)間控制模式(MCOT),提供了超快瞬態(tài)響應(yīng)和簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償,并最大限度地減小了輸出電容。其PMBus 接口提供靈活的模塊配置和關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測(cè)功能。
隨著半導(dǎo)體和封裝技術(shù)的進(jìn)步,電源模塊變得越來(lái)越流行和更容易獲得。憑借更高的集成度,電源模塊可為工程師提供更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì),并占用更小的印刷電路板 (PCB) 面積。但是,電源模塊是否始終是每種設(shè)計(jì)的最佳解決方案? 電源模塊將任意數(shù)量的所需無(wú)源器件和集成電路 (IC) 集成到單個(gè)器件中。例如,3A TPS82085電源模塊將 IC 與其功率 MOSFET、柵極驅(qū)動(dòng)器、控制環(huán)路和補(bǔ)償、軟啟動(dòng)和其他功能集成在一起,功率電感器也包括在內(nèi)。然后,工程師只需添加輸入和輸出電容、反饋電阻和可選的電源良好電阻。3A TPS62085 “非模塊”或分立 IC 版本需要相同的無(wú)源器件和功率電感器。