DC/DC电源模块的工作原理

DC-DC是用开关电源的思想实现的。DC-DC有降压和升压两种，在这里只说降压，比如说你给DC-DC输入10V，DC-DC内部有个振荡器和斩波模块，例如，把在一个时间段允许10V通过，另一时间段内不允许10V通过（等于0v）。而在输出端有一个电容进行滤波，只要电容足够大，其结果就等于将中间的那个脉冲波形进行微积分，而输出一个5V的直流波形。

这个降压的过程相对于稳压模块来说，更大限度地避免了电能在降压模块上面的消耗，并且内部震荡部分控制其占空比就能改变输出电压大小（在10V范围内），使其输出能恒定（比如某个DC-DC规定输入范围是6V到16V，输出5V，只要是在这个输入范围内，输出都是5v误差只有零点零几伏，而稳压模块的输出则和输入电压有一定的线性关系，输入7V的输出电压和输入14V的输出电压差得比较大）

采用电源模块的优点

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。

根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。

　　线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。

　　开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。 通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如图所示，电路由开关K（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用（可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM——脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。

　　在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。

　　在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U×I就会很小。这就是开关电源效率高的原因

DC/DC电源模块的特点

※ 小体积、高可靠性；

※ 输出稳压，精度可达±3%；

※ 高性能价格比；

※ 多种输入、输出电压；

※ 内置输入滤波器，低电磁兼容特性；

※ 铝壳磨沙氧化，六面屏蔽。

※ 典型应用：工业仪表、数字电路、电子通信设备、卫星导航、遥感遥测、地面通讯科研设备等领域。

1、输入特性

输入电压范围：

4.75VDC—5.25VDC

11.40VDC—12.60VDC

14.25VDC—15.75VDC

22.80VDC—25.20VDC

45.60VDC—50.40VDC

2、输出特性

输出电压精度：标称输出电压±3%

负载效应：20%～100%负载变化时

≤±1.0%（最大值）

源效应：输入电压从低端至高端变化时

≤±1.0%（最大值）

纹波及噪声：≤50mVpk-pk（最大值）

温度系数：≤±0.02%/℃（最大值）

3、隔离电压：输入至输出（1分钟漏电流<2mA）1000VDC

最大壳温：+90℃

模块电源主要应用领域

模块电源应用在几大方面

1.电力，主要有集成器和电表以及智能电表

2.工控， 工业控制领域

3.医疗，医疗设备，主要有护胎仪，监护仪等等

4.军工，军工业是应用很广泛的一个方面。军用设备里。

DC/DC电源的几大指标

功率 P=UI,是输出电压和输出电流的乘积。

输入电压分交流输入和直流输入2种。

输出电压一般是直流输出，但也有交流输出的。

工作温度

隔离电压：隔离就是将输出与输入进行电路上的分离。有以下几个作用：

一，电流变换；

二，为了防止输入输出相互干扰；

三，输入输出电路的信号特性相差太大，比如用弱信号控制强电的设备

封装尺寸有插针，贴片的，和螺旋。

输出有单路输出，双路输出及多路输出。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，因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。

DC-DC电源模块隔离耐压检测

　　直接用耐压检测仪对DC-DC电源模块进行检测，但是先要看DC-DC模块的耐压性能是多少，如果本身耐压性能是1000VDC,在检测的时候就不能用高于1000VDC的DC电压来检测，如果用1500VDC来检测有可能直接将产品烧坏，这其实是破坏性的检测！

　　故障分析：

　　尽管电源模块的可靠性比较高，但也可能发生故障，在DC/DC模块中，一般可能发生的故障有以下几种：

　　1、模块在使用过程中输出电压降低；

　　2、模块停止工作；

　　3、模块输出电压过高；

　　4、模块输入短路；

　　5、模块输出电流过大。

　　前两种DC/DC故障一般不会带来很大危险，可以故障诊断电路检测并报警。

　　第三种失效方式比较危险，它可以烧毁应用电路，一般通过过压保护电路来实现过压保护，另外也可以在输出端加稳压二极管来实现。设计时要合理选择二极管的参数，防止由于温度不同造成稳压点的变化。有些模块本身自带过压保护。一般来讲，25W以下模块无过压保护功能，25W以上模块内部设计有过压保护电路。过压保护点一般设计为135[%]--145[%]额定电压。详细设计时要确认模块是否具有这些功能，以免重复设计。

　　第四种会导致输入过流，严重时烧坏印制板，一般可以通过在输入端选择合适的保险管进行保护。保险管在布线时一般要布置在靠近电源模块的输入端，这样设计的目的是降低输入线的引线电感，避免保险管熔断时，引线电感引起输入端的过压。

　　第五种DC/DC故障可以通过选择带有过流保护的电源模块，一般的电源模块都有过流保护功能，这种模块在其内部可以通过检测变化器原边或副边电流来实现，但要损失一定的效率。在进行电压模块选择时，不是功率额定越大越好。如果降额过大，则用户板辅助短路时，由于传输压降的存在，输出电流不足以实现模块过流，有可能引起芯片过热甚至损坏。

DC/DC电源模块的应用

　　DC/DC电源模块开关式稳压电源与传统式电源的应用有较大的差别。开关式电源，送变器处于高频开关状态，在正常工作情况下，存在有一定的干扰和副射。这就要求在实际使用时，要采用相应措施，以达到最佳的应用状态。现对DC/DC电源模块的应用，做如下说明：

　　一、选择

　　1、在选择电源时，首先应根据应用环境的要求，合理选择电源的类型，如电压的精度、负载的类型、电流的变化范围，使用环境等，搞清楚产品使用环境和要求是合理选用和定做电源的前提和条件。

　　2、本厂提供的DC/DC电源模块，有单路、双路和多路之分。

　　单路电源的性能和指标相对于双路和多路电源的性能指标较高，尤其是负载调整率。双路电源在等比例负载时，输出电压精度受负载的影响比较小，如果负载偏斜则对输出电压的精度影响较大，因此如要求双路输出电压精度较高或输出电压对称性好时也可用两组相同的单路电源组成，或选用我厂特型电源，以提高输出电压的精度。在主副路控制的电源中，为了使各副路有相应的电压精度，应使主路有一定的负载范围

　　（如≥20[%]的额定负载）在选用时应注意。

　　二、测试

　　目前各厂家或电源技术资料给出的电源技术指标的名称，以及测试法都有一定的差异，但其原理都是一样的现就我厂的规定及测量方法说明如下：

　　1、测试环境条件

　　在无特殊要求时，测试均在下列环境条件下进行：温度：15～35℃、相对湿度：20[%]～80[%]、大气压力：86～106Kpa、无强电磁场干扰

　　2、详细要求（在1种正常测试环境条件下）

　　2.1输出电压精度

　　2.2电压调整率（电压稳定度）

　　三、应用。

　　1、我厂的DC/DC电源模块，输入输出端都加有滤波措施，一般能够有效的抑制来自输入侧的EMI杂波和户动浪涌电流，如供电质量较差或对电源系统有更多的要求，可在模块的前后分加滤波网络。

　　2、直流输入电压极性不能接反，也不能超范围使用，否则会使模块永久失效。

　　3、使用电源时，一般选在20[%]～80[%]的额定功率为最佳，不能后期超额定功率使用，以免影响模块的使用寿命。

　　4、当输出的电流较大时，传输电流的线径不能过长，或过细以免造成大干扰和误差。

　　5、对自然散热的DC/DC电源模块，要保证使用的环境温度不能超出所给温度范围，以免造成过热损坏。

　　6、对要加散热器的DC/DC电源模块要有足够的散热器，使壳体的温度

如何选择DC/DC电源模块设计

　　适合那些已开始设计MicroTCA系统但想要详细了解电源系统设计和如何选择DC/DC电源模块设计的工程师。

　　在当今信息和通行技术设备领域中，DC/DC电源模块还是一个全新的架构。虽然它是从ATCA的架构中演化而来，但无论从产品和应用领域来讲，还是有所不同的。本文在简单阐述了两者发展的历史背景和关系之后，着重介绍了供电架构以及DC/DC电源模块的重要性。尤其是在DC/DC电源模块内设计要素对于整个系统中必须考虑的关于性能、成本和可靠性因素的影响。可作为对于MicroTCA电源系统的通用指南，适合那些对于电源系统设计有全面了解但初次接触MicroTCA系统标准的工程师。它也适合那些已开始设计MicroTCA系统但想要详细了解电源系统设计和如何选择DC/DC电源模块设计的工程师。

　　同时对于DC/DC电源模块厂家来说，也提出了MicroTCADC/DC电源模块设计的几个关键点供进一步讨论。总之，由电源厂家自身或由满足客户需求决定的设计方案最终会影响系统的整体性能。在MicroTCA中，所有的负载实际就是AMC板卡。对于已使用ATCA架构的用户来说，采用AMC板卡作为两种不同架构设备的通用中间介质，可以有效降低开发成本。单从AMC板卡本身可生产性和成本角度考虑，经济利益也是可观的。由于不用再开发单独应用在MicroTCA架构的AMC板卡，减少了模块的种类，对于加快产品推向市场的时间以及将来减少备件成本都有积极意义。

　　在MicroTCA系统中最关键的是DC/DC电源模块，由于并不在需要ATCA架构中的载板，因此MicroTCADC/DC电源模块承担了功率变换和控制的功能。MicroTCA系统也可以安装在19英寸系统中，最大可支持6U高大系统，也可以是小系统。