电源模块电路图
PWM控制电路的基本构成及工作原理
甲血罔屈十 锂代-* 卜 ARC 阴 I/O CAP 基于DSP 的三相SPWM 变频电源的设计 变频电源作为电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。现代变频电源以低功 耗、高效率、电路简洁等显著优点而备受青睐。变频电源的整个电路由交流 -直流-交流-滤波等部分构成，输出电压和电 流波形均为纯正的正弦波，且频率和幅度在一定范围内可调。 本文实现了基于TMS320F28335的变频电源数字控制系统的设计，通过有效利用TMS320F28335丰富的片上硬件资 源，实现了 SPWM 的不规则采样，并采用PID 算法使系统产生高品质的正弦波，具有运算速度快、精度高、灵活性好、 系统扩展能力强等优点。 系统总体介绍 根据结构不同，变频电源可分为直接变频电源与间接变频电源两大类。本文所研究的变频电源采用间接变频结构即 交-直-交变换过程。首先通过单相全桥整流电路完成交 -直变换，然后在DSP 控制下把直流电源转换成三相 SPWM 波形 供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。变频系统控制器采用 TI 公司推出的业界首款浮点数字信号控制器 TMS320F28 335,它具有150MHz 高速处理能力，具备32位浮点处理单元，单指令周期 32位累加运算，可满足应用对于更快代码 开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。与上一代领先的数字信号处理器相比，最新的 F2833x 浮点控制器不 仅可将性能平均提升50%，还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点 C28x TM 控制器软件的特点。系统总体框图如 图1所示。 图1系统总体框图 （1）整流滤波模块：对电网输入的交流电进行整流滤波，为变换器提供波纹较小的直流电压。 （2）三相桥式逆变器模块：把直流电压变换成交流电。其中功率级采用智能型 IPM 功率模块，具有电路简单、可 靠性高等特点。 （3）LC 滤波模块：滤除干扰和无用信号，使输出信号为标准正弦波。 （4） 控制电路模块：检测输出电压、电流信号后，按照一定的控制算法和控制策略产生 SPWM 控制信号，去控制 IPM 开关管的通断从而保持输出电压稳定，同时通过 SPI 接口完成对输入电压信号、电流信号的程控调理。捕获单元完 成对输出信号的测频。 （5） 电压、电流检测模块：根据要求，需要实时检测线电压及相电流的变化，所以需要三路电压检测和三路电流 检测电路。所有的检测信号都经过电压跟随器隔离后由 TMS320F28335的A/D 通道输入。 电柠朗 初电厝
开关电源各模块原理实图讲解
开关电源原理 一、开关电源的电路组成： 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值 降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及 杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。 当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪 涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是 负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。
时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增 大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导 体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容C GS、C GD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量
开关电源入门必读：开关电源工作原理超详细解析
开关电源入门必读：开关电源工作原理超详细解析 第1页：前言：PC电源知多少 个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（Sw itching Mode P ow er Supplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（sw itching）。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”） 配图1：标准的线性电源设计图
配图2：线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/W ii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。 事实上，终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案：闭回路系统（closed loop system）——负责控制开关管的电路，从电源的输出获得反馈信号，然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器（这个方法称作PW M，Pulse W idth Modulation，脉冲宽度调制）。所以说，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整，从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量，而且降低发热量。 反观线性电源，它的设计理念就是功率至上，即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下，结果产生高很多的热量。 第2页：看图说话：图解开关电源 下图3和4描述的是开关电源的PW M反馈机制。图3描述的是没有PFC(P ow er Factor Correction，功率因素校正)电路的廉价电源，图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端电源。 图3：没有PFC电路的电源 图4：有PFC电路的电源 通过图3和图4的对比我们可以看出两者的不同之处：一个具备主动式PFC电路而另一个不具备，前者没有110/220V转换器，而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。
电源模块设计分析
电源模块设计分析 电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器(参看图1)，其特点是可为专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FP GA) 及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点(POL) 电源供应系统或使用点电源供应系统(PUPS)。由于模块式结构的优点甚多，因此高性能电信、网络联系及数据通信等系统都广泛采用各种模块。虽然采用模块有很多优点，但工程师设计电源模块以至大部分板上直流/直流转换器时，往往忽略可靠性及测量方面的问题。本文将深入探讨这些问题，并分别提出相关的解决方案。 图1，电源供应器 采用电源模块的优点 目前不同的供应商在市场上推出多种不同的电源模块，而不同产品的输入电压、输出功率、功能及拓扑结构等都各不相同。采用电源模块可以节省开发时间，使产品可以更快推出市场，因此电源模块比集成式的解决方案优胜。电源模块还有以下多个优点： ● 每一模块可以分别加以严格测试，以确保其高度可靠，其中包括通电测试，以便剔除不合规格的产品。相较之下，集成式的解决方案便较难测试，因为整个供电系统与电路上的其他功能系统紧密联系一起。 ● 不同的供应商可以按照现有的技术标准设计同一大小的模块，为设计电源供应器的工程师提供多种不同的选择。 ● 每一模块的设计及测试都按照标准性能的规定进行，有助减少采用新技术所承受的风险。 ● 若采用集成式的解决方案，一旦电源供应系统出现问题，便需要将整块主机板更换；若采用模块式的设计，只要将问题模块更换便可，这样有助节省成本及开发时间。
容易被忽略的电源模块设计问题 虽然采用模块式的设计有以上的多个优点，但模块式设计以至板上直流/直流转换器设计也有本身的问题，很多人对这些问题认识不足，或不给予足够的重视。以下是其中的部分问题： ● 输出噪音的测量； ● 磁力系统的设计； ● 同步降压转换器的击穿现象； ● 印刷电路板的可靠性。 这些问题会将在下文中一一加以讨论，同时还会介绍多种可解决这些问题的简单技术。 输出噪音的测量技术 所有采用开关模式的电源供应器都会输出噪音。开关频率越高，便越需要采用正确的测量技术，以确保所量度的数据准确可靠。量度输出噪音及其他重要数据时，可以采用图2 所示的Tektronix 探针探头(一般称为冷喷嘴探头)，以确保测量数字准确可靠，而且符合预测。这种测量技术也确保接地环路可减至最小。 图2，测量输出噪音数字 进行测量时我们也要将测量仪表可能会出现传播延迟这个因素计算在内。大部分电流探头的传播延迟都大于电压探头。因此必须同时显示电压及电流波形的测量便无法确保测量数字的准确度，除非利用人手将不同的延迟加以均衡。 电流探头也会将电感输入电路之内。典型的电流探头会输入600nH 的电感。对于高频的电路设计来说，由于电路可承受的电感不能超过1mH，因此，经由探头输入的电感会影响di/dt 电流测量的准确性，甚至令测量数字出现很大的误差。若电感器已饱和，则可采用
48V50A开关电源整流模块主电路设计
48V/50A开关电源整流模块主电路设计 高频开关电源系统具有体积小，重量轻，高效节能，输出纹波小，输出杂音电压小和动态响应性能好等很多优点，现已开始逐步地取代整流式电源而成为现代通讯设备的新型基础电源系统。随着电子技术，电力电子技术，自动控制技术和计算机控制技术的发展，高频开关电源系统的性能也越来越好。通信用开关电源系统作为开关式稳压电源的一种形式，它的设计内容和设计方法都具有自己的特殊性。 要设计一套通信用开关电源系统，首先要明白对它的全面要求，然后再设计系统的各个部分。高频开关电源主回路和控制回路所用的电路形式，元器件，控制方式都发展很快。它们的设计具有特殊的内容和方法。 1设计要求和具体电路设计 通信基础开关电源系统的关键部分是开关电源整流模块。整流模块的规格很多，结合在工 作中遇到的实际情况，提出该模块设计的硬指标如下： 1) 电网允许的电压波动范围 单相交流输入，有效值波动范围：220 V±20%，即176～264 V；频率：45～65 Hz。 2) 直流输出电压，电流 输出电压：标称－48V，调节范围：浮充，43～56?5V；均充，45～58V。 输出电流：额定值：50A。 3) 保护和告警性能 ①当输入电压低到170 VAC或高到270 VAC，或散热器温度高到75 ℃时，自动关机。 ②当模块直流输出电压高到60 V，或输出电流高到58～60 A时，自动关机。 ③当输出电流高到53～55 A时，自动限流，负载继续加大时，调低输出电压。
4) 效率和功率因数 模块的效率不低于88％，功率因数不低于0.99。 5) 其他指标 模块的其他性能指标都要满足“YD/T731”和“入网检验实施细则”等行业标准。 由于模块的输出功率不大，可采用如下的基本方案来设计主电路： 1) 单相交流输入，采用高频有源功率因数校正技术，以提高功率因数； 2) 采用双正激变换电路拓扑形式，工作可靠性高； 3) 主开关管采用 V MOSFET，逆变开关频率取为50 kHz； 4) 采用复合隔离的逆变压器，一只变压器双端工作； 5) 采用倍流整流电路，便于绕制变压器。 依照上述方案，即可设计出主电路的基本形式如图1。 图1 48V/50A整流模块DC/DC主电路基本形式 以下即可按照模块设计的要求来确定主电路中各元器件的基本参数。 1) 输出整流管的选择 输出整流二极管的工作波形如图2所示。
开关电源各模块原理实图讲解
开关电源原理 一、 开关电源的电路组成： PWM ① 防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ② 输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及
杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。 当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪 涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是 负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。 为安规电容，L2、L3为差模电感。 ②R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间， 由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2 导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大， Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体 表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输 5
电源电路设计模块图
电源电路单元 前面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。一张电路图通常有几十乃至几百个元器件，它们的连线纵横交叉，形式变化多端，初学者往往不知道该从什么地方开始，怎样才能读懂它。其实电子电路本身有很强的规律性，不管多复杂的电路，经过分析可以发现，它是由少数几个单元电路组成的。好象孩子们玩的积木，虽然只有十来种或二三十种块块，可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。同样道理，再复杂的电路，经过分析就可发现，它也是由少数几个单元电路组成的。因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路，再学会分析和分解电路的本领，看懂一般的电路图应该是不难的。 按单元电路的功能可以把它们分成若干类，每一类又有好多种，全部单元电路大概总有几百种。下面我们选最常用的基本单元电路来介绍。让我们从电源电路开始。 一、电源电路的功能和组成 每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。 电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高，所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。 二、整流电路 整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。 （ 1 ）半波整流 半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电
5V电源电路设计(包括电路各模块的详解)
5v电源电路的设计 本设计是要设计一个+5V直流电源供电，这里没有直接的+5V电压，而直流电源的输入电压为220V的电网电压，在正常情况下，这一电网电压是远远的高于本设计所需的电压值，因而需要先使用变压器，将220V的电网电压降低后，再进行下一阶段的处理[4]。 变压器是这一电源电路起始部分，将220V的电网电压转变为本设计所需的较低的电压，就可以进行下一阶段的整流部分。一般规定v1为变压器的高压侧，v2为变压器的低压侧，v1侧的线圈要比v2侧的线圈要多，这样就可以将220V 的电网电压降低，如图1所示： 图1变压器 单相桥式整流电路，就是将交流电网电压转换为所需电压，整流电路由四只整流二极管组成。下面简单介绍一下单相桥式整流电路的工作原理，为简便起见，这里所选的二极管都是理想的二极管，二极管正向导通时电阻为零，反向导通时电阻无穷大。在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，经过二极管D1，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D4正向导通，D2、D3反向截止，产生一个极性为上正下负的输出电压。在v2的负半周，其极性正好相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，经过二极管D2，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D4反向截止，D2、D3正向导通。桥式整流电路利用了二极管的单向导电性，利用四个二极管，是它们交替导通，从而负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压[6]。单相桥式整流电路如图2所示：
图2单相桥式整流电路 本设计的滤波电路采用的是电解电容和二极管并联方式滤波，简单的讲就是电容两端电压升高时，电容充电，电压降低时，电容放电，让电压降低时的坡度变得平缓，从而起到滤波的作用。这里选用电解电容是因为电解电容单位体积的电容量非常大，能比其它种类的电容大几十到数百倍，并且其额定的容量可以做到非常大，价格比其它种类相比具有相当大的优势，因为其组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。电解电容并联二极管，有效防止了电压反相。滤波电路如图3所示： 图3滤波电路 三端稳压器MC78M05CT将输出电压稳定在+5V上，三端稳压器如图4所示：
开关电源各模块原理实图讲解
开关电源各模块原理实图 讲解 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
开关电源原理 一、开关电源的电路组成： RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻 上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消 耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电 压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。
会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、 功率变换电路： 1、MOS 管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET （MOS 管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS 管是利用栅 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4应力减少，EMI 产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V 时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断 。
R1和Q1中的结电容C GS 、C GD 一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管 的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；当Q1截止时，变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量，同时也达到了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC 根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。 C4和R6为尖峰电压吸收回路。
电源模块EMC设计
电源模块EMC设计 想必大家对电源模块一点都不陌生，而EMC性能作为电源模块的重要指标，在选型时，你知道如何深入的了解各类电源模块的EMC性能吗？在应用时，又该怎样提升模块的EMC 防护能力？本文将为您解答。 众所周知，EMC是指电磁兼容测试，指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰，也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。隔离电源模块的EMC测试包含EMI（电磁干扰）测试和EMS（电磁抗扰度）测试两项，那么如何保证电源模块的EMC性能呢？本文将为大家揭晓。 1、EMC简介 EMI电磁干扰指被测设备对周围设备产生干扰的能力，主要包括传导骚扰CE、辐射骚扰RE。电源模块的EMS电磁抗扰度指由于在正常运行时，设备或系统能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰，根据国标根据国标GB/T 16821-2007 《通信用电源设备通用试验方法》中规定电源模块测试主要包括群脉冲抗扰度（EFT）、浪涌抗扰度（SURGE）、静电放电抗扰、辐射抗扰度等项目。 EMC的产生必须具备的三要素，干扰源、传输介质以及敏感设备，如下图1所示。三者缺一个都构不成EMC问题，那么电源模块的设计中仅需针对其中一个方面进行整改即可实现EMC防护，例如从干扰源进行根除、改善传输介质避免干扰传递或将敏感设备远离干扰源等方法。 图1 EMC三要素 2、EMC干扰防护第一式——电路设计 高功率密度、高转换效率的电源模块一般都是开关电源，在开关管开通、关断时，电压和电流都会被斩波，造成较大瞬态变化（di/dt、dv/dt），所以电源模块不论其使用什么样的拓扑结构，只要是开关电源，其都会产生一定程度的EMC干扰如图2所示。
电源模块设计分析
电源模块设计分析 Khanna 作者： Ramesh 美国国家半导体首席应用技术工程师 图1：电源供应 电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器 (参看图1)，其特点是可为特殊应用集成电路（ASIC）、数字信号处理器 (DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点电源供应系统 (POL) 或使用点电源供应系统 (PUPS)。由于模块式结构的优点甚多，因此高性能电信、网络联系及数据通信等系统都广泛采用各种模块。虽然采用模块有很多优点，但工程师设计电源模块以至大部分板上直流/直流转换器时，往往忽略可靠性及测量方面的问题。下文将会审视这些问题，并分别提出相关的解决方案。 采用电源模块的优点 目前不同的供应商在市场上推出多种不同的电源模块，而不同产品的输入电压、输出功率、功能及拓扑结构等都各不相同。采用电源模块可以节省开发时间，使产品可以更快推出市场，因此电源模块比集成式的解决方案优胜。电源模块还有以下多个优点：
? 每一模块可以分别加以严格测试，以确保其高度可靠，其中包括通电测试，以便剔除不合规格的产品。相较之下，集成式的解决方案便较难测试，因为整个供电系统与电路上的其他功能系统紧密联系一起。 ? 不同的供应商可以按照现有的技术标准设计同一大小的模块，为设计电源供应器的工程师提供多种不同的选择。 ? 每一模块的设计及测试都按照标准性能的规定进行，有助减少采用新技术所承受的风险 ? 若采用集成式的解决方案，一旦电源供应系统出现问题，便需要将整块主机板更换；若采用模块式的设计，只要将问题模块更换便可，这样有助节省成本及开发时间 经常被忽略的电源模块设计问题 虽然采用模块式的设计有以上的多个优点，但模块式设计以至板上直流/直流转换器设计也有本身的问题，很多人对这些问题认识不足，或不给予足够的重视。以下是其中的部分问题： ? 输出噪音的测量 ? 磁力系统的设计 ? 同步降压转换器的击穿现象 ? 印刷电路板的可靠性 这些问题会在下文一一加以讨论，下文还会介绍多种可解决这些问题的简单技术。 输出噪音的测量技术 所有采用开关模式的电源供应器都会输出噪音。开关频率越高，便越需要采用正确的测量技术，以确保所量度的数据准确可靠。量度输出噪音及其他重要数据时，可以采用图 2 所示的 Tektronix 探针探头 (一般称为冷喷嘴探头)，以确保测量数字准确可靠，而且符合预测。这种测量技术也确保接地环路可减至最小。
电源模块设计(DOC)
第十章直流稳压电源（6学时） 主要内容: 10.1 小功率整流滤波电路 10.2 串联反馈式稳压电路 基本要求: 10.1 掌握单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算 10.2 了解带放大器的串联反馈式稳压电路的稳压原理及输出电压的计算，三端 集成稳压电源的使用方法及应用 教学要点： 重点介绍单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算，介绍串联反馈式稳压电路及三端集成稳压电路的稳压原理 讲义摘要： 10.1 单相整流电路 一、引言 整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。 滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。 稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。 直流电源的方框图如图10.1.1所示。 如图10.1.1 二、单相桥式整流电路 1.工作原理 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图10.1.2所示。 图10.1.2单相桥式整流电路 （a）整流电路 (b)波形图
在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图10.1.2(a)的电路图可知： 当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图10.1.2(b)。 2.参数计算 根据图10.1.2（b ）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。 输出平均电压为 流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S 。 3.单相桥式整流电路的负载特性曲线 单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线 该曲线如图10.1.3所示。曲线的斜率代表了整流电路的内阻。 图10.1.3 负载特性曲线 三、单相半波整流电路 流过负载的平均电流为 L 2 L 2L 9.0π22R V R V I = =流过二极管的平均电流为 2 Rm ax 2V V =二极管所承受的最大反向电压 2 2π02L O 9.0π2 2d sin 2π1V V t t V V V ==?==ωωL 2L 2L D 45.0π22R V R V I I = ==) 4cos π154 2cos π34π2(22O +--=t t V v ωω67 .03 2π22π32422===V V S )(O O I f V =
电源模块的均流：基本原理、实现方法、电路仿真
电源模块的均流：基本原理、实现方法、电路仿真 在很多大电流输出的场合，为了提高系统的可靠性，比较常用的一个方法就是采用热备份——多个电源模块并联使用。每个电源模块还具备在线插拔的功能。以便于拆卸和维修、维护。 但是我们知道，每个电源模块的内阻是略有不同的，而输出电压也不可能做到完全一致。故而，稳压输出的电压源是不可以直接并联的，或者是即便并联了，每个模块的输出功率各不相同。有可能会出现闲的闲死，忙的忙死的现象——有的模块在超负荷工作，损耗发热都比较厉害，寿命会降低。而有的工作于轻载，甚至都没有进入较好的工作状态（例如移相全桥，轻载时不容易实现软开关），也对电源健康不利。 这时候，我们需要一种手段，让各模块输出功率基本相同。这种把负载平均分配到各模块的手段，我们称之为均流。 均流的方法有很多种，例如： 1，输出阻抗法，又叫下垂法、倾斜法、电压调整率法。是通过调节电源的输出内阻的方式来实现的。这个方法的特点是简单。但最大的缺点是电压调整率差。2，主从设置法，人为的在并联的模块中选一个主模块，别的模块的输出向这个模块靠拢。最大的问题是，如果主模块失效，那么整个电源系统都不能工作了。3，平均电流自动均流法，把各模块的电流采样放大后通过一个电阻连到公用的均流母线上，大家按照均流母线上的平均电压来实现调整完成均流。平均电流自动均流法可以实现精确均流，但如果均流母线发生短路，或者某个模块发生故障，母线电压下降会使各模块电压下调。 4，最大电流自动均流法，又叫自动主从均流、民主均流，在所有并联模块中，输出电流最大的那个模块自动成为主模块，其他模块的输出向这个模块靠拢。5，还有其他很多方法，例如热应力自动均流、外加均流控制器的均流等等。 目前应用比较广泛的是最大电流自动均流法，有专门为这设计的IC，例如UC3907等。但是在这里，我不打算用专用IC，仅采用普通的运放，来尝试实现此功能。采用ORCAD来仿真。 具体的工作原理其实很简单，就是把本模块的电流采样值和均流的值进行误差放大，然后用误差放大器的值去调节电压反馈环路的值，使输出电压发生变化，以调节本模块的输出电流，使电流反馈值与均流母线的值相同，从而实现了最大电流自动均流。 下面的图，就是单个模块内部的均流电路，U1A是电压误差放大器，U2A是电压采样的电压跟随器，U3A是电流采样放大器，把采集到的电流信号，反向放大100倍为正电压信号，U4A为均流误差放大器，U5A为电压跟随器，将本模块输出电流的采样信号输出到均流母线上，但此电压跟随器稍微有点变化，就是如果均流母线上的电压比本模块的电流采样信号的电压高的话，那么本模块的信号就不会输出到母线上。所以，母线上的电压信号，永远是输出电流最大的那个模块的。此外，还有一个模型E，这是一个把输出电压放大的模块，此处用来作为电源变换器来使用，将电压误差放大器的输出信号放大作为输出，增益设置为10。负载，我用了一个9A的电流源来模拟恒流负载。
电源模块设计的解决方案
关于电源模块设计的解决方案 电源设计中即使是普通的直流到直流开关转换器的设计都会出现一系列问题，尤其在高功率电源设计中更是如此。除功能性考虑以外，工程师必须保证设计的鲁棒性，以符合成本目标要求以及热性能和空间限制，当然同时还要保证设计的进度。另外，出于产品规范和系统性能的考虑，电源产生的电磁干扰（EMI）必须足够低。不过，电源的电磁干扰水平却是设计中最难精确预计的项目。有些人甚至认为这简直是不可能的，设计人员能做的最多就是在设计中进行充分考虑，尤其在布局时。 尽管本文所讨论的原理适用于广泛的电源设计，但我们在此只关注直流到直流的转换器，因为它的应用相当广泛，几乎每一位硬件工程师都会接触到与它相关的工作，说不定什么时候就必须设计一个电源转换器。本文中我们将考虑与低电磁干扰设计相关的两种常见的折中方案；热性能、电磁干扰以及与PCB布局和电磁干扰相关的方案尺寸等。文中我们将使用一个简单的降压转换器做例子，如图1所示。 图1.普通的降压转换器 在频域内测量辐射和传导电磁干扰，这就是对已知波形做傅里叶级数展开，本文中我们着重考虑辐射电磁干扰性能。在同步降压转换器中，引起电磁干扰的主要开关波形是由Q1和Q2产生的，也就是每个场效应管在其各自导通周期内从漏极到源极的电流di／dt。图2所示的电流波形（Q和Q2on）不是很规则的梯形，但是我们的操作自由度也就更大，因为导体电流的过渡相对较慢，所以可以应用Henry Ott经典著作《电子系统中的噪声降低技术》中的公式1。我们发现，对于一个类似的波形，其上升和下降时间会直接影响谐波振幅或傅里叶系数（In）。
图2.Q1和Q2的波形 In=2IdSin（nπd）/nπd ×Sin（nπtr/T）/nπtr/T （1） 其中，n是谐波级次，T是周期，I是波形的峰值电流强度，d是占空比，而tr是tr 或tf的最小值。 在实际应用中，极有可能会同时遇到奇次和偶次谐波发射。如果只产生奇次谐波，那么波形的占空比必须精确为50%。而实际情况中极少有这样的占空比精度。 谐波系列的电磁干扰幅度受Q1和Q2的通断影响。在测量漏源电压VDS的上升时间tr 和下降时间tf，或流经Q1和Q2的电流上升率di／dt 时，可以很明显看到这一点。这也表示，我们可以很简单地通过减缓Q1或Q2的通断速度来降低电磁干扰水平。事实正是如此，延长开关时间的确对频率高于 f=1／πtr的谐波有很大影响。不过，此时必须在增加散热和降低损耗间进行折中。尽管如此，对这些参数加以控制仍是一个好方法，它有助于在电磁干扰和热性能间取得平衡。具体可以通过增加一个小阻值电阻（通常小于5Ω）实现，该电阻与Q1和Q2的栅极串联即可控制tr和tf，你也可以给栅极电阻串联一个“关断二极管”来独立控制过渡时间tr或tf（见图3）。这其实是一个迭代过程，甚至连经验最丰富的电源设计人员都使用这种方法。我们的最终目标是通过放慢晶体管的通断速度，使电磁干扰降低至可接受的水平，同时保证其温度足够低以确保稳定性。
pcb板电路原理图分模块解析
PCB板电路原理图分模块解析 前面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。一张电路图通常有几十乃至几百个元器件，它们的连线纵横交叉，形式变化多端，初学者往往不知道该从什么地方开始，怎样才能读懂它。其实电子电路本身有很强的规律性，不管多复杂的电路，经过分析可以发现，它是由少数几个单元电路组成的。好象孩子们玩的积木，虽然只有十来种或二三十种块块，可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。同样道理，再复杂的电路，经过分析就可发现，它也是由少数几个单元电路组成的。因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路，再学会分析和分解电路的本领，看懂一般的电路图应该是不难的。 按单元电路的功能可以把它们分成若干类，每一类又有好多种，全部单元电路大概总有几百种。下面我们选最常用的基本单元电路来介绍。让我们从电源电路开始。 一、电源电路的功能和组成 每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。 电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高，所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。 二、整流电路 整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。 （ 1 ）半波整流 半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电
系统芯片电源管理模块的设计
系统芯片电源管理模块的设计 发表时间：2019-11-26T14:54:15.313Z 来源：《中国西部科技》2019年第22期作者：林杰 [导读] 超深亚微米系统芯片具有规模大，复杂度高，系统时钟频率快的特点。传统的由外部电源直接给芯片供电的方式，由于稳定性等问题往往不能保证芯片正常工作，一些系统设计者采取的电源管理设计方法是采用外加电压转换电路芯片，以及低电压检测电路芯片。基于FC接口实现电源管理模块通信，实现较多数据文件的传输。采用应用系统集成于SOC技术，尽可能减少系统体积重量，提高系统的性能、可靠性，并能降低系统的制造成本。 林杰 中芯国际集成电路制造(天津)有限公司 摘要：超深亚微米系统芯片具有规模大，复杂度高，系统时钟频率快的特点。传统的由外部电源直接给芯片供电的方式，由于稳定性等问题往往不能保证芯片正常工作，一些系统设计者采取的电源管理设计方法是采用外加电压转换电路芯片，以及低电压检测电路芯片。基于FC接口实现电源管理模块通信，实现较多数据文件的传输。采用应用系统集成于SOC技术，尽可能减少系统体积重量，提高系统的性能、可靠性，并能降低系统的制造成本。 关键词：智能手机；电源模块；设计 随着人类社会向智能化的方向发展，嵌入式的应用也逐渐迎来了新的发展前景。各种各样的电子娱乐设备不断进入人们的生活中，其中以便携式设备的使用最为广泛，如手机，笔记本电脑，数码相机等。而嵌入式便携设备大多都有功耗约束，降低功耗，延长待机时间是其追求的目标。目前很多智能手机在密集使用下只能维持半天，多数摄像机和数码相机在一次充电后都只有一个小时左右的累积工作时间。这些便携设备的待机时间相对较短，不能很好的满足用户的使用需求。 一、智能电源管理模块的系统结构 智能电源管理模块是以片上系统SOC为控制中心，实现对数据的采集。模块由电压电流调理电路、开关阵列电路、AD 选通转换电路、控制器、存储器、FC 接口等构成，主要负责电源模块的检测和控制。当上电BIT 测试正确，则电源管理模块以一组固定的动作序列去控制开关阵列PSA 向外供电；若流经PSA 电流超出范围Is≥IsMAX，控制PSA 并对其进行状态转换；在应急供电下，停止对通用模块供电，只对关键模块供电；电源管理模块通过FC 接口与系统管理者进行传输开关动作状态、报警信息、数据各支路电流，记录电源自测试BIT 结果、故障信息。 二、电源管理模块电路设计 1、复位电路。复位类型包括上电复位、手动复位、调试口复位、软件复位和看门狗复位。上电或手动复位有效时产生200ms 的低电平复位信号，提供给SOC芯片作为系统复位触发源之一。调试口复位由外部调试工具产生，用于复位ARM922T 处理器的调试接口。软件复位指系统根据软件运行要求生成的复位触发源。而当系统在规定时间内，没有得到响应时产生看门狗复位。当SOC芯片接收到上述复位类型中任意一种触发复位机制，由SOC芯片输出系统复位信号对电源管理模块进行复位。 2、时钟电路。电源管理模块中需要使用时钟的电路有：SOC芯片、FC 接口。其中，SOC芯片选择53.125MHz 运行时钟，内部进行4倍频提供ARM922T 处理器使用。FC 接口收、发数据时钟频率为106.25MHz。 3、存储器电路。电源管理模块中的存储器是SDRAM 存储器。该存储器工作电压为3.3V，封装为54 引脚的TSOP，容量为32M*16。在设计时使用2 片K4S511632E 实现32 位操作。SOC芯片内置SDRAM 存储器控制器，提供SDRAM 的时序控制逻辑，并且提供SDRAM 访问时钟，时钟频率为56.125MHz，同存储器时钟的时钟频率和相位在EDA 设计时保持一致。 4、逻辑控制电路。它是电源管理模块的控制部分，由重写电路、状态控制电路、模拟控制电路、低电压逻辑电路、重启控制电路五部分组成。重启控制电路接收电源启动信号和由低电压逻辑控制电路产生的低电压重启信号，产生控制信号给重写电路。由重写电路完成系统启动时各个状态控制位的初值设定。如果是电源启动，重写完成后，重写电路接收到系统的电源启动完成信号，产生电源启动释放信号给电源启动电路，释放掉电源启动信号。低电压逻辑控制电路接收低电压事件信号，并根据MCU提供的状态控制信号，决定系统是进行低电压重启，还是进行低电压中断。状态控制电路产生控制信号给模拟控制电路和电压转换电路，进行状态控制。模拟控制电路接收控制信号，进行逻辑转换，产生电源管理模块中的模拟部分的使能信号。 5、电压转换电路。它是在逻辑控制电路的控制下，动态地对外部电源电压进行转换，提供稳定的电压给驱动电路。它主要有三个为泵电路提供输入的振荡器，三个泵电路和三个反馈控制电路，分别负责产生驱动电路。电压转换电路是一个负反馈系统。振荡器根据外部电压信号和由电源管理模块产生的参考电压产生方波，提供给泵电路。此处的振荡器为压控振荡器，不同的电压产生不同的频率的方波，低压高频。泵电路从振荡器接受方波，输出比较稳定的电压。要获得稳定的Vnominal，就要求振荡器电路与泵电路相互补充，以至最终输出稳定的电压。三个反馈控制电路，分别对三个驱动电路的输出电压进行监测，并将控制信号输送给振荡器，调整振荡器的工作状态，进而达到调整电压的目的。这部分电路和低电压检测电路一样，通过电阻对电压参考电路的输出的电压Vref 进行分压来设定各个控制参考电压值。此处，电压转换电路还包括辅助的控制模块，如电压参考电路的选择模块，为此，也要相应的增加一个电压参考电路。因为在MCU 的某些低功耗工作模式下，需要的电压会比正常工作的电压小，这样可以通过电压参考电路的选择模块选择一个比较小的参考电压，进而减小功耗。电压转换电路设计图如图所示。 6、模拟量输入电路。系统的模拟量信号是由多路模拟开关进行选通。多路开关是采用2 片16通道模拟开关和1 片8 通道模拟开关，通过4 位通道地址选取相应通道，其中最高位为片选位。因此，最多可选通38 路模拟信号，满足本模块所需的24 路模拟量信号的要求。模拟开关用于选通被测试信号，包括4 路电压检测信号、16 路电流模拟量信号和4 路应急模拟量信号，通过对GPIO0-5 配置进行通道选择。A/D 转换器件控制端直接与EBI 接口连接，CS 信号接EBI_CS2，读写信号则与EBI 读写信号相连。A/D 转换的操作为中断方式或查询方式，转换结束标志EOC 信号作为外部中断连接到SOC芯片，当转换结束后产生中断，由SOC芯片读取转换结果并作出相应处理。EOC 信号在设计时也连接到SOC芯片的GPIO 端，可作为输入信号，当转换开始后查询该信号状态判断是否转换结束。 7、离散量输出电路。离散量输出主要用于控制开关阵列的工作状态，当状态一旦置出，在没有检测到错误或是在没有接受到系统管理者更新指令时，该状态是不能变更的。在设计时，利用EBI 数据作为开关阵列的控制信号。首先，对EBI数据通过锁存器进行锁存，然后