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直流电源模块的3大发展趋势

为了满足市场对电源性能不断提高的要求，直流模块电源开始向高效率、高功率密度、低压大电流、低噪音、良好的动态特性以及宽输入范围等方向发展，薄型化、模块化、标准化并以积木的方式进行组合的电路拓扑结构得到了日益广泛的应用。下面就其重点加以分析。

(1)高功率密度 高效率

     现代通信产品对体积的要求越来越高，这势必要求模块电源减小体积、提高功率密度，而提高效率是与之相辅相成的。目前的新型转换及封装技术可使电源的功率密度达到188W/in3，比传统的电源功率密度增大不止一倍，效率可**过 90%。之所以能达到这些指标，应归功于微电子技术的发展使大量高性能的新型器件涌现出来，从而使损耗降低。较典型的是高性能的金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFETs)，其在同步整流器中取代了传统设计中使用的二极管，使压降由0.4V降到0.2V; 功率MOSFET制造商正在开发导通电阻越来越小的器件，其导通电阻已由180 mΩ降到18 mΩ;高度的硅晶片集成使元件数目减少2/3以上，直流电源，结构紧密、相对于分立元件的布局减小了杂散电感和连线电阻。高效率可使功耗相对减少，工作温度降低，所需的输入功率减少，也提高了功率密度。

直流稳压电源的重要作用

大部分电子设各的机内电源的功能都是通过单向导电性元器件将交流变换为直流，并用储能元器件组成的各种滤波电路滤除直流中的脉动成分，但这些功能仍不能满足一些电子设备对直流稳压电源的要求，主要原因有二：其一，当负载变化时，整流滤波的输出电压将要随之而变；其二，当市电电压变化(变化±10％)时，输出电压也要随之而变。这样会对电子设备的工作造成不良影响，其影响有以下几方面：

　　1、电压不稳定的影响。例如，示波器的电源必须稳定，以保证光点的偏转灵敏度、扫描时间等的准确；又如，数字电压表中要求内部有稳定电源，以保证电压／数字的转换精度。

　　2、输入电压范围的影响。当输入电压过高时，会使某些元器件所加电压过高或消耗功率过大而损坏，大功率可调直流电源，当输入电压过低时，又会使某些元器件性能下降，甚至不能工作。

　　3、电源噪声的影响。例如，电源噪声对通信质量影响很大，在通话中出现交流声的干扰，防碍远距离通话的清晰度，又如，扩音机中哼声、电视机图像上的黑色横道、图像线条不直等，直接影响视听效果。

　　4、电源内阻的影响。例如，当电源的内阻较大，某一负载电流增大时，使电源电压降低从而影响另一负载设各的工作；又如，一台放大倍数很大的放大器，其某级(功率级)电流变化时影响到电源电压的变化，有可能影响到前级，形成了一个正反馈的路径从而造成自激振荡，无法正常工作。

　　5、短暂停电的影响。例如，市话通信不能瞬时停电，否则全局通信中断，造成重大事故；又如，计算机等采用交流供电时，要采用交流不间断电源。

　　6、输出端过电压的影响。例如，直流稳压电源输出电压**过集成电路额定电压的30％以上时，可能造成集成电路大量损坏

高频开关电源的电磁干扰分析

下面从干扰源的角度来分析开关电源所产生的干扰：

1.一次整流回路产生的电磁干扰

 高频开关电源的输入普遍采用桥式整流、电容滤波性整流电路。在这样的一

次整流贿赂重，由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，整流二极管只

有在交流输入电压大于滤波电容充电电压时才能导通，输入电流脉冲大于平均电

流的5到10倍以上，成为一个时间很短、峰值很高的周期性畸变电流，该电流脉冲

含有高次谐波分量，如不加抑制则会对电网产生严重的谐波污染。

2.开关管工作时产生的电磁干扰

  由于高频开关电源的开关管工作频率很高，开关管的电压、电流切换速度很

快，其传导干扰和辐射干扰也非常强。开关电源工作过程中，由初级滤波大电容、

高频变压器初级线圈和开关管构成了一个高频电流环路，该环路包含有典型的梯

形电流波形，因而具有高频谐波分量（典型的数值在数兆赫兹范围），这会产生

较大的辐射干扰。如果一次整流回路的滤波不足，则高频电流还会以差模方式传

导到交流电网中去。另一方面，当原来导通的开关管关断时，由于电流突变，变

压器绕组漏感所产生的反电动势U=-Ldi/dt会叠加在关断电压上，因而会在变压器

初级线圈的两端出现较高的尖峰电压和浪涌电流，其所含有的高次谐波会反馈到

电网形成谐波干扰，同时这些谐波还将以辐射方式干扰其他设备的工作。

3.二次整流回路产生的电磁干扰

   高频开关电源在工作过程中，二次整流回路重的整流二极管也处于高频通断

状态。脉冲变压器次级线圈、整流二极管和滤波电容构成的高频开关电流环路所

含的高频谐波分量会产生较大的辐射干扰。如果二次整流回路的滤波不足，则高

频电流还会以差模方式混在输出直流电压上，影响负载电路的正常工作。另一方面，

高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流通过，

在其反向截止时由于PN结中有较多的载流子积累，在短时间内要让存储电荷消

失就会产生反向电流浪涌，这样致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生

很大的电流变化（di/dt），因而形成了很强的高频衰减振荡。

3.分布电容引起的干扰

 开关电源工作在高频状态，电动工具测试直流电源，因而其分布电容不可忽略。一方面散热片与开关

管集电极间的绝缘片接触面积较大，且绝缘片较薄，因而两者间的分布电容在高

频时不能忽略。高频电流会通过分布电容流到散热片上，再流到机壳地，产生共

模干扰；另一方面高频变压器的初次级之间存在着分布电容，精密线性直流电源，会将原边电压直接

耦合到副边上，在副边作直流输出的两条电源线上产生共模干扰。由以上分析可知，

作为工作于开关状态的能量转换装置——高频开关，其电源的电压、

电流变化率很高，产生的干扰强度较大，干扰源主要集中在功率管开关期间以及与

之相连的高频变压器上。