DC/DC電源模塊的工作原理

DC-DC是用開關電源的思想實現的。DC-DC有降壓和升壓兩種，在這里只說降壓，比如說你給DC-DC輸入10V，DC-DC內部有個振蕩器和斬波模塊，例如，把在一個時間段允許10V通過，另一時間段內不允許10V通過（等于0v）。而在輸出端有一個電容進行濾波，只要電容足夠大，其結果就等于將中間的那個脈沖波形進行微積分，而輸出一個5V的直流波形。

這個降壓的過程相對于穩壓模塊來說，更大限度地避免了電能在降壓模塊上面的消耗，并且內部震蕩部分控制其占空比就能改變輸出電壓大小（在10V范圍內），使其輸出能恒定（比如某個DC-DC規定輸入范圍是6V到16V，輸出5V，只要是在這個輸入范圍內，輸出都是5v誤差只有零點零幾伏，而穩壓模塊的輸出則和輸入電壓有一定的線性關系，輸入7V的輸出電壓和輸入14V的輸出電壓差得比較大）

采用電源模塊的優點

不同的供應商在市場上推出多種不同的電源模塊，而不同產品的輸入電壓、輸出功率、功能及拓撲結構等都各不相同。采用電源模塊可以節省開發時間，使產品可以更快推出市場，因此電源模塊比集成式的解決方案優勝。電源模塊還有以下多個優點：

 每一模塊可以分別加以嚴格測試，以確保其高度可靠，其中包括通電 測試，以便剔除不合規格的產品。相較之下，集成式的解決方案便較難測試，因為整個供電系統與電路上的其他功能系統緊密聯系一起。

 不同的供應商可以按照現有的技術標準設計同一大小的模塊，為設計電源供應器的工程師提供多種不同的選擇。

 每一模塊的設計及測試都按照標準性能的規定進行，有助減少采用新技術所承受的風險。

 若采用集成式的解決方案，一旦電源供應系統出現問題，便需要將整塊主機板更換；若采用模塊式的設計，只要將問題模塊更換便可，這樣有助節省成本及開發時間。

根據調整管的工作狀態，我們常把穩壓電源分成兩類：線性穩壓電源和開關穩壓電源。

　　線性穩壓電源，是指調整管工作在線性狀態下的穩壓電源。而在開關電源中則不一樣，開關管（在開關電源中，我們一般把調整管叫做開關管）是工作在開、關兩種狀態下的：開——電阻很小；關——電阻很大。

　　開關電源是一種比較新型的電源。它具有效率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優點。但是由于電路工作在開關狀態，所以噪聲比較大。 通過下圖，我們來簡單的說說降壓型開關電源的工作原理。如圖所示，電路由開關K（實際電路中為三極管或者場效應管），續流二極管D，儲能電感L，濾波電容C等構成。當開關閉合時，電源通過開關K、電感L給負載供電，并將部分電能儲存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開關接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達到電源電壓值。一定時間后，開關斷開，由于電感L的自感作用（可以比較形象的認為電感中的電流有慣性作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續流。這電流流過負載，從地線返回，流到續流二極管D的正極，經過二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個回路。通過控制開關閉合跟斷開的時間（即PWM——脈沖寬度調制），就可以控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關的時間，以保持輸出電壓不變，這就實現了穩壓的目的。

　　在開關閉合期間，電感存儲能量；在開關斷開期間，電感釋放能量，所以電感L叫做儲能電感。二極管D在開關斷開期間，負責給電感L提供電流通路，所以二極管D叫做續流二極管。

　　在實際的開關電源中，開關K由三極管或場效應管代替。當開關斷開時，電流很小；當開關閉合時，電壓很小，所以發熱功率U×I就會很小。這就是開關電源效率高的原因

DC/DC電源模塊的特點

※ 小體積、高可靠性；

※ 輸出穩壓，精度可達±3%；

※ 高性能價格比；

※ 多種輸入、輸出電壓；

※ 內置輸入濾波器，低電磁兼容特性；

※ 鋁殼磨沙氧化，六面屏蔽。

※ 典型應用：工業儀表、數字電路、電子通信設備、衛星導航、遙感遙測、地面通訊科研設備等領域。

1、輸入特性

輸入電壓范圍：

4.75VDC—5.25VDC

11.40VDC—12.60VDC

14.25VDC—15.75VDC

22.80VDC—25.20VDC

45.60VDC—50.40VDC

2、輸出特性

輸出電壓精度：標稱輸出電壓±3%

負載效應：20%～100%負載變化時

≤±1.0%（最大值）

源效應：輸入電壓從低端至高端變化時

≤±1.0%（最大值）

紋波及噪聲：≤50mVpk-pk（最大值）

溫度系數：≤±0.02%/℃（最大值）

3、隔離電壓：輸入至輸出（1分鐘漏電流<2mA）1000VDC

最大殼溫：+90℃

模塊電源主要應用領域

模塊電源應用在幾大方面

1.電力，主要有集成器和電表以及智能電表

2.工控， 工業控制領域

3.醫療，醫療設備，主要有護胎儀，監護儀等等

4.軍工，軍工業是應用很廣泛的一個方面。軍用設備里。

DC/DC電源的幾大指標

功率 P=UI,是輸出電壓和輸出電流的乘積。

輸入電壓分交流輸入和直流輸入2種。

輸出電壓一般是直流輸出，但也有交流輸出的。

工作溫度

隔離電壓：隔離就是將輸出與輸入進行電路上的分離。有以下幾個作用：

一，電流變換；

二，為了防止輸入輸出相互干擾；

三，輸入輸出電路的信號特性相差太大，比如用弱信號控制強電的設備

封裝尺寸有插針，貼片的，和螺旋。

輸出有單路輸出，雙路輸出及多路輸出。一般來說，這類模塊稱為負載點 (POL) 電源供應系統或使用點電源供應系統 (PUPS)。由于模塊式結構的優點甚多，因此模塊電源廣泛用于交換設備、接入設備、移動通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領域和汽車電子、航空航天等。

DC-DC電源模塊隔離耐壓檢測

　　直接用耐壓檢測儀對DC-DC電源模塊進行檢測，但是先要看DC-DC模塊的耐壓性能是多少，如果本身耐壓性能是1000VDC,在檢測的時候就不能用高于1000VDC的DC電壓來檢測，如果用1500VDC來檢測有可能直接將產品燒壞，這其實是破壞性的檢測！

　　故障分析：

　　盡管電源模塊的可靠性比較高，但也可能發生故障，在DC/DC模塊中，一般可能發生的故障有以下幾種：

　　1、模塊在使用過程中輸出電壓降低；

　　2、模塊停止工作；

　　3、模塊輸出電壓過高；

　　4、模塊輸入短路；

　　5、模塊輸出電流過大。

　　前兩種DC/DC故障一般不會帶來很大危險，可以故障診斷電路檢測并報警。

　　第三種失效方式比較危險，它可以燒毀應用電路，一般通過過壓保護電路來實現過壓保護，另外也可以在輸出端加穩壓二極管來實現。設計時要合理選擇二極管的參數，防止由于溫度不同造成穩壓點的變化。有些模塊本身自帶過壓保護。一般來講，25W以下模塊無過壓保護功能，25W以上模塊內部設計有過壓保護電路。過壓保護點一般設計為135[%]--145[%]額定電壓。詳細設計時要確認模塊是否具有這些功能，以免重復設計。

　　第四種會導致輸入過流，嚴重時燒壞印制板，一般可以通過在輸入端選擇合適的保險管進行保護。保險管在布線時一般要布置在靠近電源模塊的輸入端，這樣設計的目的是降低輸入線的引線電感，避免保險管熔斷時，引線電感引起輸入端的過壓。

　　第五種DC/DC故障可以通過選擇帶有過流保護的電源模塊，一般的電源模塊都有過流保護功能，這種模塊在其內部可以通過檢測變化器原邊或副邊電流來實現，但要損失一定的效率。在進行電壓模塊選擇時，不是功率額定越大越好。如果降額過大，則用戶板輔助短路時，由于傳輸壓降的存在，輸出電流不足以實現模塊過流，有可能引起芯片過熱甚至損壞。

DC/DC電源模塊的應用

　　DC/DC電源模塊開關式穩壓電源與傳統式電源的應用有較大的差別。開關式電源，送變器處于高頻開關狀態，在正常工作情況下，存在有一定的干擾和副射。這就要求在實際使用時，要采用相應措施，以達到最佳的應用狀態。現對DC/DC電源模塊的應用，做如下說明：

　　一、選擇

　　1、在選擇電源時，首先應根據應用環境的要求，合理選擇電源的類型，如電壓的精度、負載的類型、電流的變化范圍，使用環境等，搞清楚產品使用環境和要求是合理選用和定做電源的前提和條件。

　　2、本廠提供的DC/DC電源模塊，有單路、雙路和多路之分。

　　單路電源的性能和指標相對于雙路和多路電源的性能指標較高，尤其是負載調整率。雙路電源在等比例負載時，輸出電壓精度受負載的影響比較小，如果負載偏斜則對輸出電壓的精度影響較大，因此如要求雙路輸出電壓精度較高或輸出電壓對稱性好時也可用兩組相同的單路電源組成，或選用我廠特型電源，以提高輸出電壓的精度。在主副路控制的電源中，為了使各副路有相應的電壓精度，應使主路有一定的負載范圍

　　（如≥20[%]的額定負載）在選用時應注意。

　　二、測試

　　目前各廠家或電源技術資料給出的電源技術指標的名稱，以及測試法都有一定的差異，但其原理都是一樣的現就我廠的規定及測量方法說明如下：

　　1、測試環境條件

　　在無特殊要求時，測試均在下列環境條件下進行：溫度：15～35℃、相對濕度：20[%]～80[%]、大氣壓力：86～106Kpa、無強電磁場干擾

　　2、詳細要求（在1種正常測試環境條件下）

　　2.1輸出電壓精度

　　2.2電壓調整率（電壓穩定度）

　　三、應用。

　　1、我廠的DC/DC電源模塊，輸入輸出端都加有濾波措施，一般能夠有效的抑制來自輸入側的EMI雜波和戶動浪涌電流，如供電質量較差或對電源系統有更多的要求，可在模塊的前后分加濾波網絡。

　　2、直流輸入電壓極性不能接反，也不能超范圍使用，否則會使模塊永久失效。

　　3、使用電源時，一般選在20[%]～80[%]的額定功率為最佳，不能后期超額定功率使用，以免影響模塊的使用壽命。

　　4、當輸出的電流較大時，傳輸電流的線徑不能過長，或過細以免造成大干擾和誤差。

　　5、對自然散熱的DC/DC電源模塊，要保證使用的環境溫度不能超出所給溫度范圍，以免造成過熱損壞。

　　6、對要加散熱器的DC/DC電源模塊要有足夠的散熱器，使殼體的溫度

如何選擇DC/DC電源模塊設計

　　適合那些已開始設計MicroTCA系統但想要詳細了解電源系統設計和如何選擇DC/DC電源模塊設計的工程師。

　　在當今信息和通行技術設備領域中，DC/DC電源模塊還是一個全新的架構。雖然它是從ATCA的架構中演化而來，但無論從產品和應用領域來講，還是有所不同的。本文在簡單闡述了兩者發展的歷史背景和關系之后，著重介紹了供電架構以及DC/DC電源模塊的重要性。尤其是在DC/DC電源模塊內設計要素對于整個系統中必須考慮的關于性能、成本和可靠性因素的影響。可作為對于MicroTCA電源系統的通用指南，適合那些對于電源系統設計有全面了解但初次接觸MicroTCA系統標準的工程師。它也適合那些已開始設計MicroTCA系統但想要詳細了解電源系統設計和如何選擇DC/DC電源模塊設計的工程師。

　　同時對于DC/DC電源模塊廠家來說，也提出了MicroTCADC/DC電源模塊設計的幾個關鍵點供進一步討論。總之，由電源廠家自身或由滿足客戶需求決定的設計方案最終會影響系統的整體性能。在MicroTCA中，所有的負載實際就是AMC板卡。對于已使用ATCA架構的用戶來說，采用AMC板卡作為兩種不同架構設備的通用中間介質，可以有效降低開發成本。單從AMC板卡本身可生產性和成本角度考慮，經濟利益也是可觀的。由于不用再開發單獨應用在MicroTCA架構的AMC板卡，減少了模塊的種類，對于加快產品推向市場的時間以及將來減少備件成本都有積極意義。

　　在MicroTCA系統中最關鍵的是DC/DC電源模塊，由于并不在需要ATCA架構中的載板，因此MicroTCADC/DC電源模塊承擔了功率變換和控制的功能。MicroTCA系統也可以安裝在19英寸系統中，最大可支持6U高大系統，也可以是小系統。