电源模块选择需要考虑的几个方面

DC/DC模块电源因体积小、性能优,在通信、工控等领域广泛应用。本文从额定功率、封装形式、温度范围、隔离电压、功耗和效率等方面,指导系统设计人员如何合理选用DC/DC模块电源,提升系统可靠性和设计水平,缩短产品研发周期。

DC/DC模块电源以其体积小巧、性能卓异、使用方便的显著特点,在通信、网络、工控、铁路、军事等领域日益得到广泛的应用。很多系统设计人员已经意识到:正确合理地选用DC/DC模块电源,可以省却电源设计、调试方面的麻烦,将主要精力集中在自己专业的领域,这样不仅可以提高整体系统的可靠性和设计水平,而且更重要的是缩短了整个产品的研发周期,为在激烈的市场竞争中领先致胜赢得了宝贵商机。那么,怎样正确合理地选用DC/DC模块电源呢,笔者将从DC/DC模块电源开发设计的角度,谈一谈这方面的问题,以供广大系统设计人员参考。
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电源模块选择需要考虑的几个方面

额定功率
封装形式
温度范围与降额使用
隔离电压
功耗和效率

额定功率   
一般建议实际使用功率是模块电源额定功率的30~80%为宜(具体比例大小还与其他因素有关,后面将会提到。),这个功率范围内模块电源各方面性能发挥都比较充分而且稳定可靠。负载太轻造成资源浪费,太重则对温升、可靠性等不利。所有模块电源均有一定的过载能力,但是仍不建议长时间工作在过载条件下,毕竟这是一种短时应急之计。

封装形式   
DC/DC变换器的外形尺寸和输出形式差异很大。小功率产品采用密封外壳,外形十分纤小;大功率产品常采用quarter-brick或half-brick的形式,电路或暴露,或以外壳包裹。在选择时,

需要注意以下两个方面:
第一,引脚是否在同一平面上;
第二,是否便于焊接。   
SMT形式的变换器必须要符合IEC191-6:1990标准的要求,该标准对SMT器件引脚的共面问题做出了严格限定。器件引脚不共面会造成器件装配时定位困难,严重影响焊接质量,提高次品率。   
SMT形式的变换器应能承受规定的焊接条件。对于绝大多数现代流水线而言,器件必须满足CEC00802标准所规定的回流焊要求,即器件表面温度可超过300℃。如果变换器不能满足这个要求,就需要为其设计专门的焊接装配工艺,这会增加装配时间,提高生产成本。

封装形式   
模块电源的封装形式多种多样,符合国际标准的也有,非标准的也有,就同一公司产品而言,相同功率产品有不同封装,相同封装有不同功率,那么怎么选择封装形式呢?

主要有三个方面:
① 一定功率条件下体积要尽量小,这样才能给系统其他部分更多空间更多功能;
② 尽量选择符合国际标准封装的产品,因为兼容性较好,不局限于一两个供货厂家;
③ 应具有可扩展性,便于系统扩容和升级。选择一种封装,系统由于功能升级对电源功率的要求提高,电源模块封装依然不变,系统线路板设计可以不必改动,从而大大简化了产品升级更新换代,节约时间。

设计用于给分频模块和功放模块供电的电源模块,需要考虑以下几个方面: ### 确定电源需求 分频模块和功放模块对电源的要求不同,需要先确定它们的电源参数,包括电压、电流和功率。一般来说,功放模块的功率需求较大,而分频模块的功率需求相对较小。例如,一个小型的功放模块可能需要 12V - 24V 的直流电压,电流可能在几安培到十几安培不等;而分频模块可能只需要 5V 或 12V 的直流电压,电流在几百毫安左右[^1]。 ### 选择电源类型 常见的电源类型有线性电源和开关电源。 - **线性电源**:优点是输出纹波小,噪声低,适合对电源质量要求较高的场合,但效率较低,发热量大。 - **开关电源**:效率高,体积小,重量轻,但输出纹波相对较大,可能会对音频信号产生一定的干扰。如果对音质要求较高,建议选择线性电源;如果对效率和体积有要求,可以选择开关电源[^1]。 ### 设计电源电路 #### 线性电源电路设计 线性电源主要由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。 ```python # 以下为简单示意,非实际可运行代码 # 变压器:将市电电压转换为合适的交流电压 # 整流电路:将交流电压转换为直流电压 # 滤波电路:减小直流电压的纹波 # 稳压电路:稳定输出电压 ``` 例如,使用 78 系列或 79 系列稳压芯片可以实现简单的线性稳压。 #### 开关电源电路设计 开关电源的设计相对复杂,一般需要使用专门的开关电源芯片。常见的开关电源拓扑结构有 Buck(降压)、Boost(升压)和 Buck - Boost(升降压)等。 ```python # 以下为简单示意,非实际可运行代码 # 开关电源芯片控制开关管的导通和关断 # 通过电感和电容进行能量存储和转换 # 反馈电路用于稳定输出电压 ``` ### 电源滤波 为了减小电源中的纹波和噪声对分频模块和功放模块的影响,需要在电源输出端添加滤波电路。可以使用电容和电感组成的 LC 滤波电路或π型滤波电路。 ```python # 以下为简单示意,非实际可运行代码 # LC滤波电路:由电感和电容组成 # π型滤波电路:由两个电容和一个电感组成 ``` ### 保护电路设计 为了保护电源模块和负载,需要设计过流保护、过压保护和欠压保护电路。例如,可以使用保险丝进行过流保护,使用稳压二极管进行过压保护。 ```python # 以下为简单示意,非实际可运行代码 # 过流保护:当电流超过设定值时,保险丝熔断 # 过压保护:当电压超过设定值时,稳压二极管导通 # 欠压保护:当电压低于设定值时,电路停止工作 ``` ### 散热设计 由于电源模块在工作过程中会产生热量,特别是线性电源,需要进行散热设计。可以使用散热片、风扇等散热设备来降低电源模块的温度。
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