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电源模块范文1
跨多种应用领域的系统设计人员具有类似的需求以及对倾向于采用dc/dc电源模块的要求。最经常提到是对更薄厚度、更小面积、更高效率及更大功率密度[1]等特性的需求。新一代dc/dc电源模块应运而生，正开始步入市场以满足上述要求。这些双输出和三输出隔离式模块运行于标准的-48V局端电源中，可提供3W～100W的功率。它们包括输出电压最低达1.0V的模块及最高输出电流达30A的模块。
尺寸
系统设计人员为在更小空间中实现更高性能的信号处理电路，所面临的竞争挑战日益激烈。先进的DSP与ASIC有助于提供此功能，但需要更多电压较低的电源轨，并需具备高精度排序与调节。通过减少实施电力系统所需的整体模块数，最新的多输出电源模块满足了这一要求。
描述模块效率面积（平方英寸）成本(1千/年)
多个单输出隔离式模块33W效率单输出3.3V/9A89.0%3.742.38美元
20W单输出2.5V/8A75.0%3.0638.52美元
总计：77.6%9.82119.42美元
单个三输出隔离式模块25A三输出3.3/2.5/1.8V87.0%5.4196.64美元
多输出电源模块提供了可节省板级空间的独特设计选择。分布式电源架构正逐渐渗透电信与数据通信市场。就需要超过三种不同电压的应用而言，设计人员可使用多输出模块提供电源总线隔离，并可为各种负载点模块供电。这种配置使设计人员不必再担心使用所有单输出模块所需的板级空间。
电气性能
排序
最新的DSP、ASIC、FPGA及微处理器需要多个低电压，并可能要求复杂多变的加电／断电排序。由于产品上市时间的限制，众多更高级产品（其中电源模块仅是该产品的一个组件）的设计没有时间或板级空间来构建外置排序电路。而且，即便不受时间与板级空间的限制，他们也必须考虑组件成本的增加。比较简单的解决方案就是选择采用可利用新型内部排序多输出电源模块的系统电源架构。
例如，诸如德州仪器(TI)PT4850系列的三输出模块的加电特性就能够满足微处理器及DSP芯片组的要求。该模块运行于标准的-48V输入电压下，其额定组合输出电流可达25A。输出电压选项包括一个用于DSP或ASIC内核的低电压输出，以及两个用于I/O和其他功能的额外电源电压。
PT4850提供了最佳的加电顺序，可监视输出电压，并可在短路等错误情况出现时提供所有电压轨道的有序关闭。所有三个输出均在内部进行排序以便同时加电启动。
在加电启动时，Vo1起初升至约0.8V，随后Vo2与Vo3快速增加至与Vo1相同的电压数。所有三个输出而后一起增加，直至每个均达到其各自电压为止。该模块一般在150ms内产生完全自动调整的输出。在关闭时，由于整流器活动开关的放电效果，所有输出快速下降。放电时间一般为100µs，但根据外部负载电容而有所差异。
效率
在低功率应用中，即便最小的dc/dc电源模块可能也会有数百毫瓦的静态损失。这解些损失主要由耗费功率的组件造成的，如整流器、交换晶体管及变压器。如果使用一个部件来提供原本需要二至三个独立分组部件所做的工作，那么就可以减少耗费功率的组件总数量。如表1所示，这提高了9.4%的效率。
一些最新的多输出模块可在全额定负载电流中以90%的效率运行。这样的高效率恰恰是由那些使用MOSFET同步整流器的拓扑实现的。该整流器消耗的电量比上一代dc/dc电源模块中使用的肖特基二极管耗电要少。
互稳压
最新的多输出电源模块采用先进的电路，消灭了互稳压问题，提高了输出电压的波纹和瞬态相应。根据以前的经验，在模块的任何一个输出上增加输出电流均会导致其他输出上的电压改变。TI的PT4850与PT4820系列三输出模块则解决了这一问题。新一代电源模块在隔离阻障的输出端上就每个输出都采用稳压控制电路。通过专有磁耦合设计，控制信号可在模块初级端与二级端之间进行传递。图5显示了输出一(≤5mV)在输出二负载增加情况下的变化。
瞬态与波纹
PT4820与PT4850系列具有出色的瞬态响应和输出电压波纹性能等特点。该模块的三逻辑电压输出是独立调节的，这有助于可与单输出电源模块相媲美的瞬态响应(≤200µSec)和输出电压波纹(≤20mV)。
成本
多输出电源组件不再需要两个或更多单输出器件，这就减少了成本。表1显示了电源相同的一个25A三输出模块与三个单输出模块的对比。
在分布式电源应用中，设计人员通过利用单个多输出模块和非隔离式负载点模块（图2）替代了高成本的单输出砖，从而实现了成本节约。也可以实现，由于多输出模块在更少组件情况下也可得以实施，因此进一步节约了成本（和板级空间）。例如，在某些应用中，多输出模块仅要求一个热插拔控制器和输入去耦电容器。相反，这些组件在电源系统中则必须与每个单输出砖结合使用。
产品上市时间是一种间接成本，利用多输出电源模块可减少该成本。这种成本节约主要是由于OEM厂商减少了设计、测试和制造等资源。
故障管理
设计人员必须确定其电源系统如何对故障情况进行响应。当今的多输出电源模块结合了先进的故障管理功能。这些功能包括过压、过流和短路保护，有助于防止损坏设计者的电路。
输出过电压保护利用的是可不断检测输出过电压情况的电路系统。当电压超过预设级别(presetlevel)时，电路系统将关闭或箝住电源输出，并使模块进入锁定状态。为了恢复正常操作，一些模块必须主动重启。这可通过立刻消除转换器的输入电源得到实现。为了实现故障自动保护运行和冗余，过电压保护电路系统是独立于模块的内部反馈回路的。
过电流保护可防止负载错误。在某些设计中，一旦来自模块的负载电流达到电流限制阈值，如果负载再尝试吸收更多电流的话，那么就会导致模块稳压输出电压的下降。该模块不会因为持续施于任何输出的负载错误而损坏。
当模块各输出的组合电流超过电流限制阈值时（如任何输出引脚上发生短路），短路保护将关闭模块。该关闭将迫使所有输出的输出电压同时降至零。关闭之后，模块将在固定间隔时间中通过执行软启动加电定期尝试恢复。如果负载故障仍然存在，那么模块将持续经历连续的过电流错误、关闭和重启。
灵活性
电压和电流输出以及封装设计的灵活性是多输出电源模块的一个关键特性。某些制造商可提供24V（18V至36V）与48V（36V至72V）两种输入。其采用完全隔离输出的通用架构可使系统设计人员在双或三输出电路中使用模块，而不会造成过多最低负载要求或互稳压降级的情况。
由于芯片供应商开发器件的操作电压不一定符合以前的迭代法，因此电压和电流输出方面的灵活性正变得日趋重要。众多的多输出模块都以独立调节和可调的输出电压来解决此问题。为了获得独特的电压，某些模块上的输出可从外部电压进行远程编程。此外，诸如Tyco公司的CC025等三输出系列模块还可以通过使用连接到调整引脚(trimpin)的外部电阻来允许输出电压设定点调整。
封装灵活性简化了主板设计人员的工作。许多现有的多输出模块都使用业界标准的砖形封装(bricktypepackaging)和面积规格，这确保了引脚兼容性和辅助货源。TI的Excalibur™系列等创新型模块均采用具有表面安装、垂直通孔和平行通孔封装风格的镀锡薄板铜盒。
多输出电源模块的商业可用性为设计人员提供了极佳的灵活性。表2显示了一些制造多输出模块的业界领先供应商。这些模块存储于领先的分销商处，可为设计资格认证和最后时刻的更改提供极快的可用性。
表2、多输出模块制造商
制造商产品类型
Artesyn科技公司15W至60W双、三输出
Astec20W至150W双输出
爱立信30W至110W双、三输出
APower-One2.5W至195W双、三、四输出
SynQor40W至60W双输出
德州仪器3W至75W双、三、四输出
TycoPowerSystems25W至50W双、三输出
可靠性
具有高度可靠性的电源系统设计是系统设计人员始终都要面对的挑战。从内在来说，使用单个多输出模块的电源系统的可靠性要高于所有单输出模块。例如，一个三输出模块可提供1,108,303小时的额定MTBF（902.3FIT）。与此相对照，提供相同输出电压和电流的三个单输出模块则达到了984,736MTBF(1015.5FIT)的额定MTBF。多输出模块之所以具有更高的可靠性，是因为其架构中使用的总体组件数量更少。
结论
随着产业潮流要求设计人员使用体积更小、效率更高的电源供应，电源模块制造商推出了可简化系统设计及操作的多输出dc/dc电源模块，以响应上述潮流。最新的多输出模块能够通过为混合逻辑应用（诸如DSP、ASIC和微处理器等）提供稳压低电压输出而使设计人员受益。与前代产品相比，上述模块显著提高了给定面积上的功能。在某些情况下，该小型架构所占空间仅为单输出电源模块的55%。减少模块数量也可以降低成本，同时提高效率和可靠性。内置的操作和保护特性免除了开发外部电路系统的任务和费用，从而不仅节省了板级空间，而且还大大加快了产品的上面进程。
电源模块范文2
解决的关键技术
1 电路的设计技术
通过EDA仿真，利用可靠性优化和可靠性简化技术设计电路参数，着重解决如下问题。
①线路的自激振荡：合理地选择消振网络，消除DC/DC变换器的R、L、C参数选取的不合理性引起的振荡，减小EMI的电平。DC/DC电源由于工作在高频开关状态，很容易形成高频自激，有时反应为带满载时正常带轻载时自激，有时反映为常温时正常高温或低温时自激，因此元器件的选取、补偿网络的应用显得尤为重要。
②纹波与噪声的有效抑制：抑制的方法大致可以归结为二类，即降低本身的纹波与噪声和设计滤波电路。
为了抑制外来的高频干扰，也为了抑制DC/DC变换器对外传导干扰，通过在DC/DC变换器的输入端、输出端设计滤波电路，抑制共模、差模干扰，降低EMI电平。其中，C1、C2、C3为差模滤波电容，C4、C5为共模滤波电容，L1为共模扼流圈，L2为差模滤波电感。
为了减少DC/DC变换器通过输入、输出端传导EMI，除了在输入、输出端采取LC滤波外，还在电源的输入地到金属外壳之间、输出地到金属外壳之间增加高频滤波电容，以减少共模干扰的产生。但此处要注意电容耐压要大干500V，以满足产品隔离电压的要求。
图中，L1、C1组成的输入滤波电路和L2、C2组成的输出滤波电路能减少纹波电流的大小，从而减少通过辐射传播的电磁干扰。滤波电容C1、C2采用多个电容并联，以减少等效串联电阻，从而减小纹波电压。C3、C4、C5、C6用于滤除共模干扰，其值不宜取大，以避免有较大的漏电流。
2 抑制干扰源技术
DC/DC变换器的主要干扰源有高频变压器、功率开关管及整流二极管，为此逐一地采取措施。
①高频变压器
在开关电源中，变压器在电路中起到电压变换、隔离及能量转化作用，其工作在高频状态，初、次级将产生噪声并形成电磁干扰EMI。当开关管关断时，高频变压器漏感会产生反电动势E=-Ldi/dt，其值与集电极的电流变化率(di/dt)成正比，与漏感量成正比，叠加在关断电压上，形成关断电压尖峰，从而形成传导性电磁干扰。变压器在开关电源中是用来隔离和变压的，但在高频的情况下它的隔离是不完全的，变压器层间的分布电容使开关电源中的高频噪声很容易在初次级之间传递。此外，变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通道，从而使变压器周围产生的电磁波更容易在其他引线上耦合形成噪声。因此，在设计中采取了以下措施。
为减小变压器漏感的影响，采用初、次级交叉绕制的方法，并使其紧密耦合。
尽可能采用罐型磁芯。由于罐型磁芯可以把所有的线圈绕组封在磁芯里面，因此具有良好的自我屏蔽作用，可以有效地减少EMI。
为吸收上升沿和下降沿产生的过冲，并有可能造成的自激振荡，在初、次级电路中增加R、C吸收网络，以减少尖峰干扰。在调试时须仔细调整R、C的参数，确保电阻R1的值在30～200Ω，电容C1的值在100～1000P之间，以免影响变压器的效率。
②功率开关管
由于功率管工作于高频通断开关状态，将产生电磁干扰EMI。当开关管流过大的脉冲电流时，大体上形成了矩形波，含有许多高频成分。由于开关电源使用的元件参数(如开关管的存储时间、输出级的大电流、开关整流管的反向恢复时间)均会造成回路瞬间短路，产生很大短路电流。凡有短路电流的导线及这种脉冲电流流经的变压器和电感产生的电磁场都可形成噪声源。开关管的负载是高频变压器，在开关管导通的瞬间，变压器初级出现很大的涌流，造成尖峰噪声。这个尖峰噪声实际上是尖脉冲，轻者造成干扰，重者有可能击穿开关管。因此，须采取以下措施。
优化功率管的驱动电路设计。通过缓冲电路，可以延缓功率开关管的通断过程。
采用R、C吸收电路，从而在维持电路性能不变的同时，降低其电磁干扰的EMI电平。
③整流二极管
整流二极管在关断期，由于反向恢复时间会引起尖峰干扰。为减少这种电磁干扰，必须选用具有软恢复特性的、反向恢复电流小的、反向恢复时间短的二极管。肖特基势垒二极管是多数载流子导流，不存在少子的存储与复合效应，因而也就会产生很小的电压尖峰干扰，故采取以下措施。
采用R1、C1组成旁路吸收网络。
采用多个肖特基并联分担负载电流，有效地抑制整流二极管形成的EMI电平。
3 产品平面转化时EMC设计技术
影响产品EMC的方面很多。除了在线路上进行优化设计外，如何在基片有限的空间内合理的安排元器件的位置以及导带的布线，也将直接影响到电路中各元器件自身的抗干扰性和产品的电磁兼容性EMC指标。
①平面转换设计规范
对于电源内部高频开关器件，如功率VMOS管、高频变压器、整流管等，应尽可能地减少其电路电流的环路面积，且不要与其他导带长距离平行分布。
电源的输入正端和地线应尽可能地靠近，以减小差模辐射的环路面积。
设计布线时走线尽量少拐弯，拐弯处一般取圆弧形，因为直角或夹角会产生电流突变，产生EMI干扰。导带上的线宽不要突变，无尖刺毛边。
导带印制时应尽量采用高目数的印制网，以便使线电流达到均衡。应选用电流噪声系数较小、性能稳定性较好的电阻浆料和导带浆料，保证不会因为工艺参数的因数带来新的干扰。
尽可能地加粗地线，若地线过细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电路的信号电平不稳，抗噪声性能变坏。
②采用金属全密封结构进行封装
屏蔽有两个目的，一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出，二是防止外来辐射干扰进入该内部区域。其原理是利用屏蔽体对电磁能量进行反射、吸收和引导。为了抑制开关电源产生的辐射，电磁骚扰对其他电子设备的影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工金属外壳，然后将金属外壳与系统的机壳和地连接为一体，就能对电磁场进行有效的屏蔽。
电源模块范文3
【关键词】单片机；反馈；DC/DC
1.引言
近一些年来，随着微电子技术和工艺、磁性材料科学以及烧结加工工艺与其它边沿技术科学的不断改进和快速发展，开关稳压技术，有了突破性进展，并且由此也产生了许多能提高人们生活水平和改善人们工作和学习条件的新工艺产品，如电动自行车，逆变焊机等设备。开关稳压电源以其独有的体积小、效率高、重量轻、输出形式多样化、功率因数大，稳压范围宽等优点已经涉及到了与电有关的所有领域。在这个领域之中，开关稳压电源已取代前级线性稳压电源和前级相控开关电源，此外，开关稳压电源技术和实用技术产品出现后，使得许多电子产品所采用的电池供电成为可能，是许多电子产品微型化和小型化后变为便携式产品成为可能。所以开关稳压电源成为各种电子设备和系统高效率、安全可靠运行、低功耗的关键，同时开关稳压电源技术已成为电子技术中备受人们关注的科技领域。
2.方案设计与比较
2.1 方案论证
方案一：题目要求设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统。由题目已知，采用TI公司的脉宽调制控制器UC3843作为BUCK型拓扑的PWM控制芯片。UC3843集成电路的一般特性及由它组成小功率开关电源的方法。它是通过高性能固定频率电流模式的控制器专为离线和直流变换器应用所设计的，只需要最少外部元件就能获得成本效益高的方案。电流工作频率能到500KHZ，能进行温度补偿的参考电流取样比较器，精确的占空比控制和大电流图腾柱式输出是驱动MOSET管得理想元器件，并且UC3843具有自动锁存脉宽调制的功能有利于电流比的设定。
优点：以MSP430单片机为主控制器和PWM信号发生器，能根据反馈信号对PWM信号做出调整，从而实现稳压输出。系统输出电压8.0+0.4V可调，可以通过键盘设定和步进调整，电压调整率和负载调整率低，DC/DC变换器能达到较高的效率。
方案二：利用单片机MSP430，以电压型PWM控制器TL494为核心，设计一种稳压输出开关电源，其回路控制器方框图如图1，2，这种方案虽然实现起来较为灵活，可以通过调试针对本身系统做出配套的优化，但是系统调试比较复杂。鉴于此，我们选择方案一。
2.2 控制方法及实现方案
方案一：利用PWM专用芯片产生PWM控制信号。此法较易实现，工作较稳定，但不易实现输出电压的键盘设定和步进调整。
方案二：利用单片机产生PWM控制信号。让单片机根据反馈信号对PWM信号做出相应调整以实现稳压输出。这种方案控制系统软件编程工作量较小，难度不是很大，用脉宽调制型的控制器实现PWM控制，并且完全由硬件产生高频脉冲，实时性比较好，单片机控制的任务较轻，对单片机硬件资源要求不高，实现起来较为灵活，可以通过调试针对本身系统做出配套的优化。但是此方案硬件电器设计难度较大，电路板布线工作量较大，系统调试比较复杂。
根据要求选择方案二。单片机和脉宽调制型控制器共同实现整个系统的控制。系统组成框图如图3所示，脉宽调制器产生高频脉冲直接DC/DC变换模块，单片机实现液晶显示、AD/DA转换、、处理电压反馈信号、过流保护、对脉宽调制器进行控制、显示等功能；过流保护电路负载电流不超过2.5A；负载电压负反馈电路进一步对负载电压进行精确控制。
3.理论分析与计算
DC/DC变换器稳压方法：
单端反激DC/DC变换器电路拓扑电路的原理：变压器T1所引起的隔离和传递存储能量的作用，即使在开关管VT开通的时候，Np会存储能量，当开关管VT关断时，NP会向NS释放出能量。当在输出端加电感器L0和电容C0构成低通滤波器时，变压器的初级会有由Cr、Rr和VDr构成的RCD漏感尖峰吸收电路，输出回路有一个整流的二极管VD1。若变压器使用有气隙的磁心，则其铜损耗会较大，变压器温升会相对较高，并且输出的纹波电压比较大；但是电路结构简单，适用于200W以下电源，并且多路输出交调特性相对比较好。
电流电压检测：(1)电压检测是采用电阻分压的方法取得的，通过两只大交流电路进行分压，二极管的正负钳位电压送入跟随器的电压在-5～+5之间，经过跟随器隔离之后再通过比例运算放大器等比例放大，然后送入采样保持器。这样就可以得到被测的信号。(2)电流的检测，一般使用互感器，分流器等将电流信号处理并放大，作为后面电路保护和检测用。
均流方法：工作框图：所采用的是自动均流方法，这种均流方法采用一个窄带电流放大器，输出端口通过阻值为阻值为R连到均流的母线上，n个单元使用n个这种结构。
当输出达到均流时，电流放大器输出电流的I1这时I01处于均流的工作状态。相反地，电阻R产生一个电压，由这个电压控制A1，然后A1再控制单元功率级输出电流，最终使之达到均流。采用这种方法，可以使均流效果比较好，从而比较容易实现准确均流。在具体使用过程中，如果出现均流母线短路或者接在母线上的一个单元不处于工作状态时，母线电压会下降，将会使得每个单元输出电压会下调，甚至有可能达到下限，从而造成故障。并且当某一个模块的电流上升至最大输出电流，电流放大器输出电流也会达到极限值，同时使得其他的单元输出电压自动下降。可以构成多余系统，均流模块在数理论上可以不限。但是此方法的缺点是为使系统在动态调节过程中始终保持稳定状态，通常要限制最大调节的范围，要将所有电压调节到电压捕捉的范围以内。如果有一个模块均流线意外短路，则使得系统无法均流。单个的模块限流可能引起系统的不稳定。在大系统中，系统稳定性与负载均流瞬间响应的矛盾很难解决。如果图5中的电阻R支路上串一只二极管，则构成所谓的最大电流自动均流法。
过流保护方法：如图6所示，利用电流互感器T2来监视负载的电流IT，IT在通过互感器的初级时，会把电流的变化耦合到它的次级，从而在电阻R1上会产生压降。二极管D3会对脉冲电流进行整流，经过整流后再由电阻R2和电容C1进行平滑滤波。如果发生过载现象的时候，电容器C1两端的电压会迅速地增加，会使得齐纳管D4处于导通状态，从而驱动晶体管S1的导通，然后S1集电极的信号可以用来作为电源变换器调节电路的信号驱动。
电流互感器也可以用铁氧体磁芯或MPP环形磁芯来绕制，但是要经过反复的试验，从而来确保磁芯不饱和。理想的电流互感器应该达到匝数比是电流比一般地，互感器的Np=1，Ns=NpIpR1/(Vs＋VD3)。具体绕制数据还要最后经过实验调整，使其性能达到最佳的状态。
4.设计实现
在设计中碰到的一些问题，比如，单片机产生的PWM好像驱动不了MOS管，我们得外加驱动;又控制信号不用单片机，只用一个电容电阻，或555定时器，再用一个三极管和滑动变阻器，反馈也可以。
5.测试
(1)测试使用的仪器：万用表，接触调压器，示波器。
(2)产生偏差的原因：a.对效率所进行的理论分析和理论计算时，采用的器件参数的典型值，但实际器件的参数有明显的离散性，电路性能可能因此而无法达到理论分析数值。b.电路的制作工艺并不是理想的，从而会增加电路中的损耗。
(3)改进方法：a.使用性能更好的器件，如换用导通电阻更小的电力MOS管，采用低阻电容；b.采用软开关技术，从而进一步减小电力MOS管的开关损耗；c.采用同步式开关电源的方案，用电力MOS管代替肖特基二极管以减小损耗；d.优化软件控制算法，进一步减小电压调整率和负载调整率。
参考文献
[1]沈建华,杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,2005.
[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1997.
[4]王水平等.开关稳压电源原理及设计[M].北京:人民邮电出版社,2008.
作者简介：
电源模块范文4
关键词 V24B36C200BL模块；便携式X射线源；大功率电池电源
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)122-0105-02
电池供电便携式直流X射线源主要用于无损检测、安全检查领域，在医疗领域也有少量应用。在安全检查领域，该类X射线源配以合适的成像系统，由于其携带方便、操作简单、适应性强，被安全部门等广泛应用于各种现场下发现的可疑物品和包裹的EOD排爆处置；海关边防移动搜查武器弹药和违禁物品；在机场和海关等领域不能用常规扫描装置探测的特大型物件。它能够有效、快捷、安全的对突发恐怖事件威胁做出响应。
这种类型的X射线源功率一般在150 W左右，要求电池电源系统提供200 W以上的功率输出，与此同时，由于是用于便携式系统，电池组的尺寸和重量不能太大，一般重量控制在1 kg以下。
X射线源系统控制和功率驱动电路对电池电源系统的要求还有：电池组能耐受峰值20 A左右的中频（20 kHz以上）脉冲电流；高压发生器设计和控制驱动电路要求电池组能输出24 V或更高的36 V以上的直流电压。
满足以上诸多苛刻要求的高电压输出的电池组的设计与制造涉及相当高的技术难度，国外同类产品价格均在5000元左右。日前，我们在研制电池供电便携式X射线源时，试验研究了采用大功率DC-DC模块V24B36C200BL将24 V电池组电压升高到39 V，构建大功率电池电源供电系统给X射线源供电的方法，降低了对电池组的技术要求，取得了较好的结果。
1 V24B36C200BL介绍
V24B36C200BL微型化DC-DC模块是美国Vicor公司生产的一种高功率密度、高可靠性、低噪声、高变换效率电源模块，它采用了高频
1 MHz软开关零电流ZCS技术。输出功率200 W；输入电压：18 V-36 V，适应电池电压的大范围变化；耐输入浪涌电压：50 V/100 ms；输出电压36 V；转换效率：≥87%；功率密度：≥80 W/in3；最大短路电流：7.51 A；可并联N+M使用。
V24B36C200BL的管脚定义如图1所示。
+Vin、-Vin：直流电压输入正、负端。
PC：此端是集电极开路结构，可作为模块使能/关断控制端。当它被拉低到0.65 V（相对-Vin）以下时，模块关闭；此端浮空时，模块工作。此功能可通过外接放大器或继电器方便实现。同时，对于模块频繁开关的场合，此端接1μf左右的电容，可提供软启动功能。
PR：当多个模块并联以提高输出功率时，此端输出的脉冲信号可用于模块间的同步。通过模块的这一功能可实现电池组的并联使用。
+Vout、-Vout：直流电压输出正、负端。
+S、-S：正、负输出电压测量/遥感端。。
SC：此端使输出电压在额定值的10%-110%范围内可调。
2 系统组成及原理
本文所述便携式直流X射线源电池电源系统，为X射线源功率电路的灯丝驱动电路、高压驱动电路提供39 V电源，电源功率大于160 W，同时为高压及束流控制电路提供+15 V、-15 V电源。系统的关键部分―大功率39 V电源通过V24B36C200BL模块及其电路实现，+15、-15 V电源通过Cosel的ZUW102415模块及其电路实现。系统的电路原理图如图2所示。
电路的输入端接24 V大功率镍氢电池组或锂聚合物电池组，电池组应支持10 A以上大电流放电，输入电压变化范围在18 V-30 V，为降低X射线源开关瞬间所产生的电池电压与电流的尖峰，在+Vin与-Vin端间并联2 200 μf电容，在+Vout与-Vout端间并联1 000 μf电容；并联的0.1μf电容可有效滤除电路的高频干扰信号。
电阻R1、电位器R7采样电池电压与LM385输出的2.5 V基准电压比较，分别接入LM2903比较器的-、+引脚，当电池电压高于放电保护电压时，电池状态指示灯D2常亮，表示电池工作正常；当电池放电到电压低于设定放电保护电压时，D2灭，同时LM2903的7脚输出高电平，驱动Q2接通，将V24B36C200BL模块的PC引脚电平拉低到0.5V以下，进而使模块关断，输出为0。PC引脚的这一功能可以进一步开发用于不发射X射线时，关断灯丝驱动电路，以降低电池功耗。
V24B36C200BL模块的输出引脚SC和+Vout间接入电阻R3，构成升压输出电路，本电路中是将输出电压从额定输出值36 V提高到39 V输出，接入电阻阻值大小可通过Vicor公司网站上提供的专门计算工具很方便地计算出来。
系统中，+Vin、-Vin与模块基板间接入R=1 Ω、C=4 700 pf的串联网络，+Vout、-Vout与模块基板间接入R=1 MΩ、C=4 700 pf的串联网络。
本系统同时采用了一片Cosel公司的ZUW102415模块，来产生+15 V、
-15 V电源。
3 系统在便携式直流X射线源中的应用
应用该电源系统给便携式直流X射线源供电，在120 kV/1 mA输出情况下，测试了X射线发射、关断过程中，电池电压、电池电流、高压驱动、高压取样波形；测试了X射线连续稳定输出时的供电电压、供电电流、高压驱动波形；同时试验了模块输入、输出端所接入电容对降低X射线开关瞬间电压与电流尖峰脉冲的影响。
试验表明，模块输入端、输出端并联的大容量电解电容能显著降低X射线源启动过程电池电流波形的尖峰，对于X射线源启动过程电压波形的尖峰也有抑制作用，并联电容的值在2 200 µf左右较为合适，片面增大电容量没有必要，削波作用的提高作用有限，同时输出端的过大容量电容有时会做成模块工作不稳定。
X射线源软启动过程大约在100 ms，X射线源进入稳定发射状态后，各波形幅值变化不大。电池的平均功耗在180 W左右。
4 结论
本文试验研究表明，基于V24B36C200BL模块构建的电池电源系统，可以灵活的设定输出电压的大小，为射线源高压发生电路的设计提供方便；可以将宽变化范围的电池电压转变成稳定的电压输出，有利于提高X射线源的稳定性；可以方便的控制电池的放电过程，设定合理的放电保护电压，提高电池的使用寿命；同时通过充分发掘模块的功能，对于降低工作过程中X射线源的功耗以及构建更大功率的电池供电系统具有一定的指导意义。
参考文献
[1]Vicor.24V Input Mini Family DC-DC Converter Module Data Sheet.
[2]介绍Vicor DC-DC模块的原理及应用经验.
[3]项名珠,魏善武.便携式x光检查设备的技术发展及其穿透利与分辨力影响因素分析.2007年公安部第一研究所论文集.
电源模块范文5
关键词：电源管理 硬件充电 BQ24165
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0170-03
1、简介
随着科技的发展，手持设备被越来越广泛的应用。手持设备的可携带性，方便用户的使用，使众多电子产品向手持上面发展，必然带来锂电池的充电和电量计量的问题。手机，平板，便携式媒体播放器，Netbook和便携式互联网设备必然有一个电池的充电电路以及可以显示当前电量的计量电路。当前大多的电源管理模块是需要复杂的软件调试，并且稳定性和效率不高，本文基于两种高性能的BQ24165和BQ27510设计了电池充电和电量计量模块，充电部分是硬件充电，无需软件调试，应用起来更加方便简单，稳定性和效率更好，所以对基于BQ24165和BQ27510进行研究和设计。
2、芯片简介
本设计中充电电路芯片选用了TI的高性能的BQ24165，BQ24165是高度集成的单节锂电池充电和系统电源供用的芯片。主要用于空间受限的便携式应用，高容量电池管理设备。电源的供用允许双输入操作，USB端口或者电源输入（即AC适配器或无线充电输入）。此芯片还具有对充电的实时监控的功能，当系统负载需要输入上限电流的时候，充电器芯片会实时的降低充电电流，并允许进行适当的充电终止的定时器操作。支持系统需求调节电池充电电压，但是系统电压不会低于3.5V。这个最小系统电压支持，使得系统可以在电池电压低和空缺电池的时候正常工作。其2.5A的输出电流能力可以满足大容量的电池快速充电。该电池充电分为三个阶段：调节，恒定电流和恒定电压。此芯片是硬件充电，可以通过压降判断USB线还是适配器。
本设计中用的电量计是TI出品的高性能BQ27510，其是单个锂电池燃料计量的一个微处理器，该设备需要很少的系统微控制器的固件开发，通常于计量一个可嵌入式电池或者可拆卸电池。此芯片采用开路电压和库仑计量的方式，在电池未使用的时候可以使用开路电压的方式去估算可充电锂离子和锂离子聚合物电池的可用电量。当基于OCV时可以通过查表的方式确定可用的电量，由于电池电量会有不同，因此必须把电池电量进行精确计量。当电池进行高速放电时，无法使用OCV计量，这时就需要用库仑计量方法计量电池剩余电量。此芯片还支持测量电流，电压和温度的数据的功能。
3、典型应用硬件电路设计
4、BQ24165硬件电路设计
BQ24165在输入电源的选择上，可以选择IN端口也可以选择USB端口，这两个端口是相互独立的，只可以用到其中的一个电源输入端口，本设计中选择的输入端口是IN端口，主要从两个方面考虑，一是IN端口的过流能力强，二是从布局上面IN的PIN脚更加集中好布线。对于一个充电芯片，我们最关心的是其输出电流的能力，输出电流的能力越强，就说明此芯片的功能越强大，BQ24165最大的输出能力是2.5A，这个充电能力对比普通的700mA充电改进了很多，这也是这个芯片功能强大之处。具体电流的选择可以通过ISET管脚编辑，在本设计中选取了1.55A的最大输出电流，相应的电阻是240Ω。这个充电电流的大小是要根据锂电池容量和电芯等综合因素考虑的，过大对电池寿命有影响，会使电池过快的固化，过慢的话不方便使用，综合考虑选择最佳的电流是很重要。电流上限的设置可以通过ILIM的电阻设置，但是这个大小只可以在1A到2.5A改变。由于适配器和USB充电的差异，传统上面我们通常用软件的方法判断是适配器还是USB口，此芯片是纯硬件充电，是用压降的办法判断连接是适配器还是USB口，这是个很特别很好的改进，更加方便了调试。这个压降范围的选择是本设计中的难点，压降范围过小会使芯片把适配器认为是USB接口，使充电电流太小，若压降范围过大会使USB默认为适配器，充电电流会很大，因为USB通常输出电流不能超过500mA，所以若充电超过500mA会导致电脑死机。在最初调试时，选用了适配器和数据线分离的充电设备，由于适配器和数据线连接处的电阻过大，传输线上面的压降很大，到芯片的电压大概是4.2V到4.4V，根据这个数据应用公式
计算出R2选取200Ω即可（R1选330Ω），配置好后用适配器充电电流可以达到1.5A左右，但是由于压降过大又带来了新的问题，由于USB口和数据线的连接处的电阻也很大，所以芯片把USB口误判断是适配器，这时用USB口充电由于电流大于500mA，会导致电脑死机。根据连接处的电阻过大的问题，可以用一体式适配器解决，由于一体式充电器适配器和数据线不是分开的，所以一体式适配器的电阻很小，从而传输中的压降会相对小，到芯片的电压大概在4.6V到4.7V，计算出R57选取90Ω即可，在这种情况下芯片会把压降在4.6V以上判断是适配器用大电流充电，最大充电电流达到1.5A，USB口压降到4.3V左右，在4.6V以下芯片可以判断为USB口，这时的充电电流大概在400mA，到此这个压降的问题得到很好的解决。
5、BQ27510硬件电路设计
BQ24165的始能端在设计中选取了BQ27510的输出端口，只有在BQ27510正常工作下，BQ24165才能工作。这样设计的目的是为了把充电芯片和电量计正好的联系在一起，在充电进行前电量计会先工作起来，当电量计工作起来后，此管脚的是低电平，低电平时充电芯片工作，充电芯片的输出端口BAT_G和电量计的检测端口BAT连接在一起，这样在充电的同时可以实时监控电池的电量，此时电量计应用库仑的计量方法计量电池的电压，具体原理是电量计可以通过电流感测SRN和SRP两端的电阻进行库仑计量测，并且把数据通过I2C传出，完成电量的计量，而在不充电的时候，电量计也是通过管脚实时的测量电压的值，再通过查表的方法显示剩余电量。为了能更准确的测量电量还需要将电池进行计量，计量就是根据实际的电池的电量调整软件，这样可以更精确的显示剩余电量，电量计对电池是否存在是通过BI管脚判断的，其判断的原理是根据电池有内阻，并且内阻大概在一定的范围内，这样通过BI管脚检测到是否有内阻存在判断电池是否存在。
关于指示灯的设计，指示灯可以用两个双MOS管设计，红灯显示充电，绿灯显示充满。
6、软件设计
Linux的电源子系统主要包括两部分：核心层和驱动层，其主要功能是从电源驱动获取信息（包括电量，类型等），然后报告给应用层。
简单地说，当电源状态（如电量、电源类型）发生改变时，驱动层通过power_supply_changed函数通知核心层，核心层调用驱动提供的get_property函数获取驱动所支持的属性值，然后通过uevent机制把信息传给用户空间程序。至于如何使用这些信息，是用户程序的任务。从驱动层来看，主要工作就是两项：（1）当合适的时机调用power_supply_changed。合适的时机有两类，对于电池类电源，一般需要周期性报告电量；对于可插拔电源，如适配器、USB需要由中断触发。（2）实现get_property函数。 这通常需要访问硬件寄存器，获取相应的属性值，并转化为核心层要求的度量单位。
驱动实现主要步骤包括：
（1）定义一个struct power_supply 结构体，并给其中的一些关键成员赋值。
struct power_supply {
const char *name；
enum power_supply_type type；
enum power_supply_property *properties；
size_t num_properties；
char **supplied_to；
size_t num_supplicants；
int（*get_property）（struct power_supply *psy，
enum power_supply_property psp，
union power_supply_propval *val）；
int（*set_property）（struct power_supply *psy，
enum power_supply_property psp，
const union power_supply_propval *val）；
int（*property_is_writeable）（struct power_supply *psy，
enum power_supply_property psp）；
void（*external_power_changed）（struct power_supply *psy）；
void （*set_charged）（struct power_supply *psy）；
/* For APM emulation， think legacy userspace. */
int use_for_apm；
/* private */
struct device *dev；
struct work_struct changed_work；
}；
其中斜体项是驱动必须实现的。最主要有type、
power_supply_property *properties 和get_property（）。
Proerties 指针指向该power supply可以支持的属性，例如BQ27510支持如下属性。
static enum power_supply_property bq27x00_battery_props[] = {
POWER_SUPPLY_PROP_STATUS，//电源状态charging，discharging
POWER_SUPPLY_PROP_PRESENT， //电源是否存在
POWER_SUPPLY_PROP_VOLTAGE_NOW， //瞬时电压，μV
POWER_SUPPLY_PROP_CURRENT_NOW，//瞬时电流，μA
POWER_SUPPLY_PROP_CAPACITY，//剩余电量%
POWER_SUPPLY_PROP_CAPACITY_LEVEL，//电量等级
POWER_SUPPLY_PROP_TEMP，//温度
POWER_SUPPLY_PROP_TIME_TO_EMPTY_NOW，//以当前的放电速度估算，剩余可用时间
POWER_SUPPLY_PROP_TIME_TO_EMPTY_AVG，//以历史平均的放电速度估算，剩余可用时间
POWER_SUPPLY_PROP_TIME_TO_FULL_NOW，//以当前的充电速度，电池充满剩余时间
POWER_SUPPLY_PROP_TECHNOLOGY，//电池类型，
POWER_SUPPLY_PROP_CHARGE_FULL，//电池充满时的电量（单位μAh）
POWER_SUPPLY_PROP_CHARGE_NOW，//当前电量（单位？Ah）
POWER_SUPPLY_PROP_CHARGE_FULL_DESIGN，// 设计的充满电量（单位μAh）
POWER_SUPPLY_PROP_CYCLE_COUNT，//所经历的放电循环数
POWER_SUPPLY_PROP_ENERGY_NOW，//当前电量（单位μWh）
}；
Get_property（）函数提供获取某个属性的值的方法，这一般需要通过电源管理芯片的接口驱动（例如i2c驱动）从芯片读取。具体发什么命令，来获取这些属性，可以参数数据手册，这里不予详述。
（2）调用int power_supply_register（struct device *parent， struct power_supply *psy）注册这个power supply。
这个函数一般放在某个父设备的probe函数进行，对于挂载在i2c总线的设备，就在该设备的i2c驱动的probe函数调用，对于一些没有明确挂载总线的设备，如USB插拔中断的产生设备可能是完全硬件行为，可以把父设备定义为platform设备，在它的驱动probe中注册power supply。
（3）对于battery，为了能周期性给用户上报电量，一般需要定义一个delayed work，如在bq27x00.c中：INIT_DELAYED_WORK（&di->work，bq27x00_battery_poll） 定义delayed work； 在work bq27x00_battery_poll中从硬件更新电量到内存缓冲区，然后调用power_supply_changed（）触发core层更新属性，最后用schedule_delayed_work再次延迟调度这个work对于USB，Mains类的charger电源，通常只需上报POWER_SUPPLY_PROP_ONLI
NE属性，故在中断处理函数/线程调用power_supply_changed（）即可。
7、结语
本设计是一种新型的电源管理模块，介绍了硬件电路设计和软件的调试，给出了典型电路的设计方案，此模块更易调试，更稳定，成本更低，在现实测试发现此设计具有充电快速，电量显示准确，发热量低等特点，相信在以后的终端设备上面会有广泛的应用。
参考文献
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电源模块范文6
[关键词]数控机床 电源模块 驱动模块 故障，诊断
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0038-01
0 前言
西门子SIMODRIVE 611 系列驱动系统是一种高性能驱动系统，能满足数控机床对驱动系统的稳定性和技术性能方面等要求，包括最高要求的动态响应，速度整定范围以及平滑运行特性，通常用于西门子802D、840D、810D以及海德汉等数控系统中，实现机床的驱动功能。611D电源模块主要功能是提供直流母线电压、电子电源、使能信号以及故障监控功能。驱动模块一般由功率模块和控制模块以及驱动总线组成，实现伺服对位置、速度和电流三个闭环控制。
1 电源模块
西门子SIMODRIVE 611D系列电源模块，通常也称为馈电模块，主要为数控单元和进给驱动装置提供控制和驱动用的电源，即产生直流母线电压和电子电源，同时监测电源和模块的状态，通常直流母线电压根据馈电模块的类型，电源模块分为不可控电源模块称为UI电源模块，可控电源模块称为I/R电源模块。可控馈电模块直流母线电压稳定在600VDC，而不可控馈电模块的直流母线电压在490―644VDC范围内波动，电子电源主要有+15VDC，-15VDC，24VDC和5VDC，由DEVICE BUS设备总路线输出，供数控单元和驱动模块内部工作使用。
1.1 不可控馈电模块
不可控电源模块采用不可控的功率二极管来实现整流功能，把外部三相380V交流供电电源整流为直流电源，通常直流电压的经验为UDC=1.35UAC。UI不可控馈电模块的直流母线电压不可调节，适用于低压应用场合，通常有5KW，10KW以及28KW等级。在UI型馈电模块中，因为采用功率二极管进行整流，所以当电机制动或减速时，直流母线上产生的制动能量不能回馈到电网，这种制动能量可以存储在直流母线上的大电容里。
1.2 可控馈电模块
可控馈电模块最大的特点是直流母线电压可调节，直流母线上的制动能量可以反馈到供电电网实现再生。它的整流部分采用IGBT功率晶体管实现整流。
1.3 电源模块常见故障分析
1.3.1 5V，5V故障灯亮
公司中捷FK125数控机床，采用西门子611驱动，电源模块上的15V，5V红色指示灯亮，说明这两种电源电压出现故障，故障原因有两个方面：电源模块本身电子电源转换电路有问题；所联接的外部负载出现问题。首先关断电源，DC-Link电压降到安全范围，断开X151（轴模块上），断开端子X121、X141、X161、X171，上电，这时候故障消失，说明电源模块本身没有问题，可能在端子接口中有短路情况存在。然后将端子依次加上去，发现是X151扁平电缆的问题。当加到W轴模块时出现两红色指示灯亮起，说明驱动模块有问题，将模块的控制板取出来，更新，这时故障排除。
1.3.2 外部供电电源故障灯亮
公司043-017号昆明道斯数控加工中心，出现电源模块上6个指示灯中左边最下面红色指示灯亮，说明外部电源有故障。首先要确定故障出现在上电时（Power up）还是在使能时（Enable）。如果在上电时，检查端子U1、V1、W1或X181是否缺相，并检查一下供电电压是否正常。如机床是在使能时出现红色指示灯亮，则有可能是功率模块的故障，或者电源模块本身故障。断开电源，等到DC-Link电压降到安全范围，从电源模块处断开直流母排的连接端，这样就将所有的驱动模块从直流母线上脱开。然后上电检查电源模块。故障依旧，说明驱动模块没有问题，故障应该出现在电源模块，更换电源模块后故障排除。
2 驱动模块
611D数字控制模块用于控制1FT6/1FK7/1FN1/1FE1和1PH电机的运行，611D结构有单轴模块和双轴模块两种。驱动模块分为功率单元和数字闭环控制单元，通过设备总线与驱动总线连接到系统。由于611D数字控制单元结SINUMERIK840C或SINUMERIK840D才能发挥其作用，所以611D 的控制参数要通过840C或840D数控系统设定。
2.1 驱动模块连接
驱动模块上的脉冲使能触点T663/9是一个输入信号，当T663/9触点闭合时，驱动模块各进给轴控制回路开始工作，控制信号对该模块上的所有轴都有效。“脉冲使能”信号由PLC控制，有条件地使能各个驱动模块，如果直接短接，则系统一旦上电，驱动模块的控制立即进入工作状态。
2.2 功率单元的检测方法
如果功率模块发生故障，那么集成在内部的半导体器件（IGBT）就会有反应，可以通过电阻测试很容易地检测出来。从图04可以看出驱动模块中功率单元的工作原理，功率单元实现电源逆变主要靠6个IGBT晶体管的导通/关断动作以及续流二极管的导通.关闭驱动的电源，等直流母线放电结束，断开电机的连接端子（U2、V2、W2）。直流母线M600、P600上把模块与其他相邻的模块断开。用万用表的正极测试M600端，负极测试P600端，如图05所示。万用表显示的两个二极管的压降值大约在0.7V ，如果显示的压降值在0V或者大于2.2V，则说明模块有故障。
2.3 进驱动模块常见故障分析
2.3.1 功率模块故障
公司FK110数控机床，在加工的过程中出现“25201”轴X伺服故障报警。产生故障的原因有多方面的，如伺服电机、电缆出现问题；机械传动部分阻力过大；功率模块内部故障等等。首先重启机床，上电完成后没有出现报警，说明模块通过了自检，如有报警基本上可以肯定是驱动模块损坏。第二步，加上驱动模块的使能后，如果马上产生报警，原因主要是伺服电机、动力电缆短路或接地，说明功率模块本身有问题。第三步，选择JOG模式，进给倍率选择在低速区，正、负方向移动一下就出现25201号报警，通过轴驱动参数1708号查看负荷率，负荷率在移动瞬间只有40%多，说明机械传动部分正常。
2.3.2 散热器温度报警
公司奥地利EMCO数控车床出现300515号报警，功率单元最大温度超出，这是功率模块最常见报警之一。原因有两方面，机械传动阻力过大，造成电流值过大，功率单元的散热器温度过高；还有就是功率模块散热风扇坏。其监控机制如图06所示。在实际的维修工作中，特别夏季出现频繁，绝大多数是因为散热风扇不工作造成的报警，通过更换风扇故障排除。
结束语
在对模块故障诊断前，必须熟知各模块接口的定义，掌握模块好坏的检测方法。特别是对于驱动模块，同一个报警代码可能产生故障的原因有很多种，如出现25201伺服故障报警时，有可能是功率模块本身有故障，也有可能是电缆线，伺服电机损坏，也有可能是机械传动部分出问题，也有可能是测量系统有故障造成的，等等。要根据其它的报警提示，结合模块监控参数，观察模块的指示灯状态，听传动部位声音等手段来综合诊断故障点。
