模块电源及其在电源系统中的应用

盛春玲 段德意 刘敏 陈晓玲

（1、莱芜钢铁集团自动化部，山东 莱芜 271200 2、莱芜钢铁集团工程预算部，山东 莱芜 271200）

电源是各种电子设备不可缺少的组成部分，是一切电子设备的基础。电子电力技术的飞速发展使人们的工作、生活越来越方便，使得电源技术也迅速地发展起来，高频小型化、模块化是开关电源的主要发展趋势，而模块化是开关电源发展总体趋势。

一.模块电源的介绍

1.1 什么是模块电源

将控制电路集成起来的直流稳定电源就是模块电源，可以直接焊接在电路板上，可以用于数字或模拟负载的供电应用场合。模块电源有AC/DC模块和DC/DC模块，AC/DC模块是将交流转化为直流，也可以是双向的。下面用DC/DC模块为例，简单介绍一下模块电源的工作原理。

DC/DC它是由一次电源或者电池提供了一个直流输入电压经过它的转换以后，可以获得一个或者几个直流电压。下图1所示是输入交流电时的简单框图。

图1 电源模块的电路结构

从图上可以看出交流电进入到电源滤波器后，进行滤波以后，然后再用二极管和电容对其进行整流并且把直流电用开关元件转换成脉冲状交流电，再通过变压器把它转变为任意想要的电压，再通过二次整流后转变为了直流。通过比较电路和基准电压进行比较的电源方式先将一部分直流电压进行比较以后，它的误差电压经过占空比控制回路反馈后，在通过控制开关元件的占空比调整输出电压值。

1.2 模块电源还有隔离、保护、稳压、电压变化以及降噪等功能。

(1)隔离有安全隔离、噪声隔离（模拟电路与数字电路隔离、强弱信号隔离）和接地环路消除。

（2）保护包括短路保护、欠压保护、过流保护、过压保护等，以免损坏用电设备。

（3）稳压有交流市供电、分布式电源供电、远程直流供电以及电池供电。

（4）电压变化：升压、降压、AC/DC和AC/DC转化、极性变化。

（5）降噪：有源滤波如下图2。

1.3 模块电源的优点

图2 模块电源的作用

（1）设计上比较简单，电路上只需要一个模块电源以及少量的元器件就可以实现电源部分的设计，使电路变得简单而不再复杂。

（2）缩短了开发时间，因为电源模块有多个输入、输出供选择，用户就可以根据需要随时增加、更换和减少电源模块，满足需要完成电路的设计，大大缩减了开发时间，使电子系统的设计更容易完成。

（3）模块电源有很好的冷却传导方式，因为它有外壳、集热沉和散热器于一体的结构形式，使电源模块的温度值达到最小值。

（4）模块电源采用全自动化生产，并有高科技生产技术，因而质量可靠稳定。

二.模块电源的应用

在以往的电路设计中，电源部分的设计与整个系统的设计是相互独立的，电源部分设计只要满足了系统的需要就可以了，行成了二者相互脱离的局面，形成了集中型电源系统。这种的设计往往是体积很大，散热不好，工作效率低，出现的故障也多，已经不适应现在高速发展的电子行业。为了解决这一问题，系统开发者采用分散型电源系统的方案，其中电源模块占着主导地位，它使电源部分与整个的系统的有机的结合起来了。

图3 分散型供电电源

分散型电源系统中，电源部分可以有一个或者多个AC/DC模块给电路提供直流电路，再由DC/DC模块从直流总线给各个功能部分提供电源，各电路的电源是相互独立的，如图3所示。

这种供电方式与集中型电源系统比较起来有很多的优势：

1.因为减少了低电压大电流的直流输电线路，所以减少了输电线路的损耗，提高了系统的效率。

2.集中型电源系统发生故障时，整个电源系统都需要更换，而分散型电源系统就不需要这样，只要更换部分电源模块就可以了，减少了很多损失。

3.直流输出电流小，因而压降小，布线的时候就可以使用细线，布线就比较容易。

4.负载与电源部分距离小，减少了线路阻抗对调整性的影响，因而输出电压比较稳定。

从而看出，分散型电源系统优于集中型电源系统是因为设计中采用了电源模块。在模块电源的使用过程中，要采取一些输入保护措施。模块电源内部没有保险丝，一般要在外部使用保险丝进行保护。对于瞬间过压保护，一般采取加装瞬态抑制二极管或者瞬态吸收器，它们要放在保险丝的后面，电容的前面。AC/DC模块大部分失效时因为雷击造成的，所以防雷处理很重要。

三. 模块电源使用需要注意的事项

1.模块电源可以串联使用，可以获得较高的电压，但是可能会影响模块的反馈回路，造成电压不稳定。通常情况下串联的模块不同步，造成输出纹波叠加现象，使总的纹波大于单块模块的纹波。

2.电源模块的并联一般不采用，因为若使用并联，必须是模块电源内部设有均流功能，这样的电源才可以并联运行，工作的时候，电源模块几乎不可能提供相同的输出电流，也不可能有完全相等的输出电压，所以一般不允许。

3.要提高电源的效率，要尽量减少输入电压与输出电压的压差。模块电源的产生，给电子系统的电源设计增添了无限生机，给电子开发者带来了很大便利。

近几年来,随着软开发数据业务的飞速发展和分布式供电系统的不断推广,模块电源的增幅已经超出了一次电源。随着高频软开关、半导体工艺和封装技术的大量使用,模块电源的工作效率越来越高,应用也越来越简单。在不远的将来，我们相信电力电子技术使电源技术更加成熟、经济实用，实现高品质和高效率的用电结合。

[1]温振霖.小功率多路输出模块电源的研究.2009-南京航空航天大学：电力电子与电力传动.

[2]顾亦磊.集成模块电源拓扑标准化的研究.2008-浙江大学电气工程学院：电力电子与电力传动.