电源模块的发展精选(九篇)

第1篇：电源模块的发展范文

关键词：维修电工；项目；培训；考核

中图分类号：G817.5 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）45-0251-02

一、引言

21世纪是知识经济和信息经济的时代，经济全球化意味着生产的全球化、竞争的全球化，世界各国都在大力发展高新技术产业，先进的生产技术将对本国国民经济的发展产生着重要的影响，工业生产中劳动密集型产业正向着技术密集型产业转化。加入WTO后，我国的整体经济结构发生了深刻变化。自动化水平已成为一个国家或地区工业发展水平的重要标志。2015年，国务院印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。这些都充分说明制造业，特别是现代化的、自动化的制造业已经成为我国中长期的发展重点，而维修电工技能人才是实现这一发展重点的重要保障。近两年，各地政府都提出了工业强市和加快工业转型升级的发展策略，其中装备制造就属于重点培育发展的新兴产业之一。从培训设备到培训项目等都较传统和陈旧，不利于新型的具备高技能水平和高职业素养的维修电工人才的培养。

本文首先介绍了自主研制的多功能分布式维修电工技能培训与考核设备，该设备由两个机柜组成，分别是主控机柜和受控机，每个机柜由不同模块构成，包括电源模块、触摸屏模块、PLC模块、变频器模块以及低压用电器自由组合模块等。随后，基于该设备的不同模块，设计了维修电工技能培训与考核项目。最后，将该设备应用于本校中、高级维修电工技能培训和考核中，取得良好效果。

二、设备介绍

1.设备总体。自主研制的多功能分布式维修电工技能培训与考核设备由一个主控机柜和一个受控机柜组成的，设备的组成框图如下所示。

2.主控机柜。主控机柜主要由电源模块、触摸屏模块、仪器仪表模块、PLC模块、变频器模块以及主令按钮和指示灯模块构成。这些模块的组成如下：（1）电源模块。电源模块由三相电源输出、单相电源输出、交流低压电源输出、直流低压电源输出等组成。由三相四线电源输入，接有漏电保护器，通过接触器的启动和停止按钮进行操作，并加入急停按钮，电源的输出设有短路保护。（2）触摸屏模块。触摸屏模块采用5.7英寸，直流24V的彩色触摸屏，配有通信下载编程电缆、触摸屏与变频器通信电缆以及触摸屏与PLC通信电缆，还配置了触摸组态软件。（3）PLC模块。PLC模块采用日本三菱PLC FX3U-32MR主机，模拟量模块为FX0N-3A模拟量模块（2入/1出），配有SC09下载线。利用专用导轨固定安装于主控机柜内部实训板上，主机开关量、模拟量接线端子均通过接线柱引到面板，通过走线槽引到主控机柜内部实训板中的专用接线端子上，可根据需要自由接线和布线，与实际的工业现场一致。（4）变频器模块。变频器模块拟采用日本FR-D720S-0.4K-CH变频器，具有RS485通信端口，配有变频器与PLC通信编程电缆，也可采用手动接线、布线的形式与PLC、电机模块等连接，实现PLC对变频器的控制以及变频器对电机模块的控制等。

3.受控机柜。受控机柜主要由低压用电器自由组合模块和电机模块构成。每个模块的设计方案如下：（1）低压用电器自由组合模块。低压用电器自由组合模块的底板由铁质网孔板构成，网孔板上可根据需要自由增减各种低压用电器，如接触器、继电器等，各低压用电器的布局也可根据实际自由布局。（2）电机模块。电机模块由各种电机及速度继电器构成，配有三相异步电机（带速度继电器）一台、三相异步电机一台、直流电动机一台。电机模块以导轨的方式安装于受控机柜中，不使用时在机柜内，使用时抽出，方便、牢固、美观。（3）航空插座软连接。主控机柜和受控机柜之间使用航空插座进行软连接，方便可靠有效。航空插座采用50组排线，在主控机柜和受控机柜端均连接至接线排上，使用时可根据实际情况自由选择线组。

三、项目的设计与设置

基于自主研制的多功能分布式维修电工技能培训与考核设备，以不同的模块为主体，设计与设置了维修电工技能培训与考核项目，具体如下。

1.以触摸屏模块为主体设计和设置的项目主要有触摸屏组态控制三相异步电机启停、触摸屏组态控制三相异步电机正反转、触摸屏组态控制三相异步电机运行时间、触摸屏组态控制变频器调速等。

2.以PLC模块为主体设计和设置的项目主要有十字路通灯控制的模拟、水塔水位控制的模拟控制、天塔之光的模拟实验、多种液体混合装置控制的模拟、五相步进电机的模拟控制、装配流水线控制的模拟、智能抢答器、LED数码显示控制、喷泉的模拟控制、三层电梯控制系统的模拟、PLC控制三相异步电机电机启停、PLC控制三相异步电机正反转、PLC控制三相异步电机带限位自动往返控制等。

3.以变频器模块为主体设计和设置的项目主要有变频器功能参数设置与操作、外部端子点动控制、设定频率运行、变频器控制电机正反转、多段速度选择变频器调速、外部模拟量（电压/电流）方式的变频调速控制、基于PLC模拟量控制变频开环调速、基于PLC通讯方式的变频开环控制等

4.以低压用电器自由组合模块为主体设计和设置的项目主要有三相异步电动机自锁控制线路、三相异步电动机点动控制线路、三相异步电动机的多地控制、接触器联锁的或者按钮联锁的三相异步电动机正反转控制线路、双重联锁的三相异步电动机正反转控制线路、Y-启动自动控制电路、单向减压启动及反接制动控制线路、三相异步电动机能耗制动控制线路、三相异步电动机的顺序控制、工作台自动往返控制线路、通电延时带直流能耗制动Y-启动控制线路等。

以上项目的设计与设置均以维修电工职业技能鉴定考试指南为指导，以维修电工职业标准为依据，涵盖了维修电工初级、中级、高级以及技师四个职业等级。其中，部分项目可单独在主控机柜或受控机柜上完成，大部分项目需通过航空插座进行软连接，由两机柜配合完成。

四、小结

本文介绍了自主研制的多功能分布式维修电工技能培训与考核设备，该设备由两个机柜组成，分别是主控机柜和受控机，每个机柜由不同模块构成，包括电源模块、触摸屏模块、PLC模块、变频器模块以及低压用电器自由组合模块等。依据维修电工职业资格标准，并基于该设备的不同模块，设计与设置了若干维修电工技能培训与考核项目，这些项目涵盖了维修电工初级、中级、高级以及技师四个职业等级。该设备和培训考核项目已在本校电类专业进行了一个学年的试用，同时作为维修电工中、高级技能培训及鉴定设备和项目进行了试用，均取得了良好的效果。

参考文献：

第2篇：电源模块的发展范文

【关键词】 智能输电网 监测系统 数据传输

一、智能输电网线路状态监测中数据传输技术的发展现状

国内在相关技术方面的研究起步比较晚，在21世纪初，我国开始对供电部门及发电厂等设施设备进行定期的检查维修，但初期的检修方式是都是借鉴以往的传统经验而定，在执行方面技术较差，比较死板。

而对电气设备的运行状态、运行环境等影响因素的考虑也不够全面，一直存在工作效率低、检修耗时较长、检修费用高等不同的问题，而这些问题的存在也直接的影响到电网长期发展。

随着传感器设备、通信网络、计算机技术等不同学科技术的不断发展，现在的输电线路在数据存储、远端测量、实时响应等方面已经具有较高的技术条件支撑，这也让输电线路在线监测技术水平取得了更加良好的发展，让数据远距离传输技g得以实现[1]。

在目前的电力系统中，输电线路防盗监测技术、输电线路舞动监测技术、输电线路温度在线监测技术、氧化性避雷器监测技术、输电线路绝缘子污移在线监测技术等输电线路监测技术运行都较为成熟。

二、输电设备状态监测系统的整体架构

结合国家的《输电线路状态监测技术规范》及《输变电设备状态监测系统技术导则》[2]等相关法规，确定输电线路状态监测系统的整体架构见图1。

由图1可知，该系统包括主站、状态监测装置（CMD）和状态监测（CMA）三部分，其中主站由状态接入网关机（CAG）构成，主站系统（MSS）包含了CAG、数据库服务、数据整理加工以及系统的各类状态监测功能等模块，可以进行各类输变电设备状态的数据监测，完成数据信息的集中存储、管理及应用。

而CAG是布设在主站系统的一类关口设备，分为线路CAG和变电CAG，可以和状态监测CMA或CAC进行标准的远程连接，及时得到、校验并控制CMA或CAC传输的各类状态监测数据信息。

CMA是一种可以在某个局域范围内对各类输电线路状态进行管理、协同的监测装置，集聚了各类状态监测装置的测量数据，取代状态监测装置，实现和主站系统的安全、双向数据通信。

CMA连接了一组不同类型、厂家及线路的状态监测装置，有效完成了输电线路各类状态监测装置的标准化、安全化、智能化接入等。

CMD是一种安放于被监测输变电设备上的状态数据收集、管理及通信的装置，实现与状态监测、状态接入控制器、综合监测单元等模块的信息交互。

输电线路状态监测装置可传输控制指令给数据采集单元，整个主站部署于国网公司的总部、网公司及省公司，借助电力通信光纤骨干网络进行相互间的通信，CAG属于布设于主站边缘的装置，其作用类似网关，借助CMA连接到主站系统数据库，故CAG通常设立在省局。CMA属于系统网络的中间桥梁部分，借助11、12接口和CMD、CAG相连，通常位于杆塔上或变电站处。CMD属于系统网络的末端节点，地处塔杆上。

三、在输电设备状态监测系统中有效应用数据传输技术

3.1 CMA技术方案

目前，输电线路状态监测系统中已不存在单纯的通信设备，主要通过CMA设备组网进行通信。CMA设备属于通信组网中的主要设备，配置了多个接口通信模块，既可以实现数据的附加处理，又可实现数据的多方位通信。CMA和CAG通过12接口通信协议连接，因CMA和CAG相距很远，此间所需通信网络多且复杂，故选用混合组网方式将各类专网通信方式进行组合并投入使用，可选择以太网光纤通信模块、无源光网络光纤通信模块、无线专网通信模块等三个模块中任意二者的混合组网。

CMA和CMD通过11接口通信协议连接，距离较近，可选用网络模块包括以太网电通信模块、无线专网通信模块、串口模块等。

由以上分析得出，全功能CMA必须包含几个模块：CMA核心处理模块、安全加密模块、电源供电模块、11接口模块及12接口模块等，其中11接口模块由以太网电通信模块、无线专网通信模块及串口模块三部分构成；12接口模块由以太网光纤通信模块、无线公网通信模块、OLT_PON通信模块、无线专网通信模块及ONU_PON通信模块五部分构成。

全功能CMA其模块种类较多，成本很高，且功耗相对较大，故在实际输电网络中使用时会进行适当裁剪和系列化处理，尽可能避免资源浪费，只配备相对必要的通信模块。

3.2 典型设计方案

3.2.1含OPGW资源系统

1）CMD处于有光缆接头盒的杆塔上：

此塔杆需安设一个CMA，借助光纤通信模块与主站CAG进行通信。对于光纤通信模块以上的通信方式，常常从无源光网络光纤通信模块和以太网光纤通信模块中选择。

2）CMD处于无光缆接头盒的杆塔上：

最简单方式是在CMD自身系统配置有无线专网通信模块的AC模式，借助无线专网通信模块和临近的CMA（即已配置为AP模式）实施通信。

当CMA处于有光缆接头盒的杆塔上，CMD和CMA借助11接口进行通信，通过12接口实现向上通信。对于光纤通信模块以上的通信方式，常备有的最佳选择是无源光网络光纤通信和以太网光纤通信等方式。

当CMA距有光缆接头盒杆塔相对很远时，甚至直接通信出现障碍时可选择无线专网通信模块的无线中继方式完成通信[2]。

其中，CMA0和CMD借助11接口的无线专网通信模块实现通信功能，CMA1和CMA0则借助12接口的无线专网通信模块实现通信功能。

此时，CMA的上行通信主要是指CMA0和CMA1之间借助无线专网通信模块完成的通信，这就对CMA0提出更高要求，必须具备无线专网通信模块的中继能力。无线专网通信模式下，CMA1是AP模式，CMA0是中继模式，CMD是AC模式。

3.2.2不含OPGW资源系统

1）CMD附近存在有OPGW资源的线路：

借助无线模式与有OPGW光缆资源的线路搭设通信通道，通过其OPGW资源完成CMD模块的系统接入，亦可通过无线公网通信模式完成CMD模块的系统接入。

2）CMD附件不存在有OPGW资源的线路：

这种情况只可以通过无线公网通信模式实现CMD模块的系统接入。

四、结束语

综上所述，数据通信方式在数据传输方面存在很多问题，如数据传输不及时、速度慢、通信费用高等。在智能化逐步深入科技发展的同时，为更进一步提升输变电设备状态监测系统数据传输的可靠性、实时性及安全性，优化通信系统结构，完善通信组网方式，改进接口技术等是最佳的应对方案，对于输变电线路状态监测系统的建设具有重要意义。

参 考 文 献

第3篇：电源模块的发展范文

英威腾模块化UPS电源是由一个独立机柜和多个功率模块组成的不间断电源，功率模块能独立并联工作，功率模块可以在线更换和扩展而不影响系统的正常工作。该产品提供各种规格功率模块及机柜系统，用户完全可根据各自负载需求进行灵活配置。单个机柜可实现200kVA的容量配置，并联后可实现400kVA的容量配置。它主要为对各种精密设备提供高质量的电源保护，防止因各种电源质量问题而引起的损失。其主要应用于ISP互联网服务商、IDC数据交换中心机房、银行和债券结算中心、工业过程控制应和精密仪器设备等行业领域。

N+X冗余模块化设计

系统中每个功率模块均设计为可在线热插拔，方便用户安装、维护以及升级扩容等需求。每个功率模块均为自主控制，无单点故障风险。单个功率模块在出现故障的情况下将自动退出，不影响其他模块的工作以及系统的正常供电。产品采用人性化的建议操作设计方案，用户可以简单明了地操作以及管理UPS系统。

智能化电池管理方案

每个功率模块内置独立的3200W数字化大功率充电器，200kVA的模块化UPS系统可以提供32kW的充电能力。充电器均为DSP数字化控制，保证卓越的电池管理性能。与部分厂家将电池直接挂接于直流母线不同，英威腾模块化UPS电源采用独立的电池放电变换器，大大降低了单组电池数量，同时实现了卓越的充放电管理与控制，极大地延长了电池的使用寿命。

带载能力强大

模块化UPS电源拥有卓越的负载适应性能，对于各种类型的线性与非线性负载，均能提供强大的带载能力。每个功率模块以及机柜系统，均能提供媲美任何塔式机型的带载能力，从而保证了此系列产品在各行业的应用范围。

智能化保护方案

模块化UPS电源的功率模块以及系统均采用硬件与软件双重保护的设计方案。对于功率模块以及系统所可能出现的任何电压、电流、热性能、短路等等异常，均能进行快速有效的保护，从而保证系统的安全性与可靠性。

系统主要特点

第4篇：电源模块的发展范文

论文关键词：GPRS，SIM300模块，短消息，AT指令，S3C44B0，GPS

 

1 引言

随着社会经济的发展和科学技术的进步，人们对各种场所的安全越来越关注并提出了更高的要求。但是传统的安防设备成本比较高、实时性不强、集中管理控制困难等情况。本文基于ARM7、GPRS无线网络和GPS全球定位系统技术开发出一种实时、无线、便于管理、成本低廉的主动性全球性定位监控报警系统。该系统体积小，灵活性好，性价比高，空间扩展功能强。

GPRS是通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的英文简称，目的是为GSM用户提供分组形式的无线数据传输业务，实现数据分组收发，用户永远在线，保证数据传输的实时性，接入速度快，并按流量计费，有效的降低服务成本。

2系统总体结构

全球定位监控报警系统主要由S3C44B0作为主控器，GPRS、GPS、图像叠加模块、人机接口模块、传感器模块作为硬件与S3C44B0进行通信，由S3C44B0对各个部分进行统一管理控制，从而实现各项功能。本文主要研究GPRS与处理器协调工作这方面，全球定位监控报警系统组成框图如下图l所示。

系统工作流程如下：首先通过人机接口模块按照实际报警监控要求对系统进行初始设置，并开放相应的端口进行监控。系统在运行过程中如果遇到异常情况将通过传感器模块感应传送给S3C44B0处理器，处理器收到感应信息后，将信号进行采集并进行初步的处理，再通过GPS模块接收来自卫星的导航电文，并对电文摘要可通过GPRS对系统进行反馈控制，实现实时监控。

图l 全球定位监控报警系统组成框图

3系统硬件组成和功能

3．1　S3C44B0处理器模块

S3C44B0是Samsung公司推出的一款高性能、低功耗的16/32位RISC内核ARM7TDMI微处理器。为了降低系统成本及器件数目，S3C44B0在ARM7TDMI核的基础上，扩展了一系列的器件，主要包括CPU单元、系统时钟管理单元、存储单元和系统功能接口单元。片上集成具体的功能部件有8KB的cache、外部扩充存储器控制器、LCD控制器、带有1个LCD专用DMA通道、2个通用DMA通道，2个带外部请求引脚的DMA、2个带有握手协议的UART、1个同步SIO接口、1个I2C总线控制器、5个PWM定时器、1个内部定时器、1个看门狗定时器、71个通用可编程I/O口、8个外部中断源、8路10位ADC、具有日历功能的RTC、PLL倍频器、功耗控制模式有正常、低、休眠和停止等。

3.2 SIM300模块

SIM300模块是SIMCOM公司研制的GSM／GPRS通信产品，SIM300模块体积小，性能可靠,内嵌有强大的TCP/IP协议，集成了完整的射频电路和GSM的基带处理器，主要为语音传输、短信息和数据业务提供无线接口，适合于开发一些GSM／GPRS的无线应用产品。SIM300提供标准的RS232串行接口，实现了语音、SMS、数据和传真信息的高速传输，本设计使用SIM300全串口通信。

3.2.1 SIM300模块电源电路

电源对模块非常重要，一旦在电源上产生扰动、干扰，都可能造成SIM300模块的死机，模块在发送的时候电流约2A，因此在电源电路设计时模块的供电电流应该有大于2A 的裕量，功率应大于8W的裕量，电源线应该尽量宽、走线尽量短以便减小线路阻抗增强电源的稳定性。

为了提高模块的抗干扰能力，最好在PCB板与模块金属屏蔽罩相接触的地方大面积铺地并露铜，并使模块屏蔽罩与PCB露铜部分接触良好；在外部输入电源与模块系统间串入感性器件以达到更好的干扰抑制效果，而在电池与模块系统间不要串接任何器件，以避免对电池供电系统造成影响；如果采用多层板，电源走线最好走外层，以利于PCB板的散热。电源电路设计如下图2所示：

图2 电源电路

3.2.2 SIM300模块SIM卡连接电路

SIM300模块的SIM卡接口电路支持外部SIM卡，可直接与1.8 V和3.0 V的SIM卡连接，采用I2C总线结构，通过串行时钟线和串行数据线完成串口数据传输，其时钟线时钟频率为13MHz/4；串行数据线接一个10K电阻上拉到SIM卡电源上，以保证数据传输的正确性,为了对静电的抑制，在SIMRST、SIMCLK、SIMDAT三线上分别串入的10K电阻进行抗传导型干扰。SIM卡连接电路设计如下图3所示：

图3 SIM卡连接电路

3.2.3SIM300模块启动电路

SIM300模块的启动方式是通过控制PWRKEY管脚，在该管脚上产生一个一段时间的低电平，然后在PWRKEY引脚产生高阻态或高电平进行启动，模块启动后将发送RDY信号通知模块已经启动。启动电路设计如下图4所示：

图4 启动电路

3.2.4 SIM300模块指示电路

SIM300模块的指示电路主要包括网络状态指示电路和模块来电指示电路。指示电路的设计如下图5所示：

图5 网络状态指示电路来电指示电路

4系统软件设计与实现

GSM\GPRS在全球定位监控报警系统中软件设计主要是通过ARM7对SIM300模块发送AT指令进行控制和传送信息，AT指令的执行过程需要ARM7与模块交互应答完成，每一次发送或接收的字节有严格的规定。

收发短信模式主要Text模式和PDU二种模式，Text模式主要是以纯文本方式发送信息，在国内很少被采用。PDU模式编码的短消息不仅可以发送英文短消息，也可以发送中文短消息，被普遍采用。当ARM7通过SIM300发送中文短消息时应注意以下几个问题：(1)ARM7是以ASCII编码的形式发送所有AT指令的指令符号、常数、指令结束符、PDU数据包符号等；(2)在ARM7控制SIM300模块工作时，必须通过AT指令“AT+CMGF=0”把模块的短信息工作模式设置为PDU模式，以PDU编码方式发送短消息；(3)ARM7发送每一条AT指令后，必须立即发送回车符的ASCII码0DH，如果缺少回车符，模块将不能识别指令；(4)ARM7发送中文短信息时，发送的是汉字的Unicode编码，可以通过Unicode编码表查出要发送汉字的Unicode码进行发送，适用于发送汉字信息较少且固定的情况；也可以借助汉字GB-2312码与Unicode码转换表，利用函数在ARM编译系统生成的GB-2312码转换成汉字的Unicode码进行发送。

GSM\GPRS在全球定位监控报警系统中软件设计，软件采用C语言编写，在ADS下调试编译，软件流程如下图6所示：

图6 软件流程框图

5结束语

SIM300模块在全球定位监控报警系统能够方便、快速地完成各种有效传感信息的传送，经过多次实际使用验证表明，SIM300模块在全球定位监控报警系统中应用具有优良的稳定性、可靠性和性价比，是当前改善监控报警系统的广泛性和智能性的有效途径。本系统可广泛应用在工业、农业等多种远程监控领域中，具有较大的市场价值。

参考文献

[1]马洪伟,盛翊智.GPRS技术在无线传输数据中的应用[J].微机发展.2005.

[2]SIMCOM Corporation.SIM300 Hardware InterfaceDescriptionVI.06[S].2007.

[3]钟章队,蒋文怡.GPRS通用分组无线业务[M].北京:人民邮电出版社.2001.

[4]王磊,冯占军.基于GPRS网络的嵌入式无线数据采集系统设计[J].测控技术,2007.

[5]蔡锐丹,许少云,甘义成.GPRS无线数据传输系统的设计与应用[J].电子质量,2004.

[6]陈赜.ARM嵌入式技术实践教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

第5篇：电源模块的发展范文

关键词:FC;SoC;电源管理模块;电路

中图分类号:TP331文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)10-2449-02

随着集成电路设计技术和超深亚微米技术的高速发展,集成电路设计已步入片上系统SoC(System on Chip)时代。SoC是专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuits)设计方法学中的新技术,是指以嵌入式系统为核心,以IP核复用技术为基础,集软、硬件于一体,并追求产品系统最大包容的集成芯片。SoC是将数字电路、模拟电路、信号采集和转换电路、存储器、MPU、MCU、DSP等集成在一块芯片上实现一个系统。以超深亚微米(VDSM)工艺和IP核复用(IP Reuse)技术为支撑的系统级芯片技术将是超大规模集成电路(VLSI)发展的必然趋势和主流。

为突破传统电源管理模式,将研发的智能电源管理模块以SoC为核心,利用SoC内部的ARM922T处理器提供处理能力,外部配置AD采样逻辑、存储器等资源;并采用光纤通道(Fiber Channel,FC)为通信接口,通过FC总线,接收系统其它模块发送的控制命令,进一步提高了电源模块的可靠性、通用性、易扩展性和灵活的配置能力,并促进了FC技术的应用,保证了系统功能和性能的优化。

1 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。

电源管理模块系统结构包括如图1所示的主要功能块。

2 电源管理模块电路设计

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 电压转换电路

模块中使用了多种电压的电源,分别为+3.3V、+2.5V和+1.8V,统一由外部+5V经电压转换电路实现,输出电流可达到3A。由于SoC芯片要求内核上电时间万余I/O上电时间,所以在设计时对内核电压(+1.8V)转换电路增加场效应管控制,使其满足SoC芯片供电要求。

电压转换电路设计图如图2所示。

2.5 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。

模拟量输入和A/D转换电路如图3所示。

2.6 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,然后进行电平转换,以此输出满足开关阵列使用的+5V电平信号,初始默认开关阵列的状态为全开,所以采用+5V上拉方式保证离散量输出信号为高电平。设计图如图4所示。

2.7 FC接口

SoC芯片提供FC接口,所以只需要在外部连接串并转化器和光电收发器即可。串并转换器具有10bitTx/Rx总线接口,提供并行回环测试模式,接收、发送时钟可达到106.25MHz,兼容SSTL-2电平,供电电压为3.3V。而光电收发器也采用的是一款高性能光纤模块,具有4通道接收器/发送器,单通道带宽1Gbps至2.7Gbps,兼容8B/10B数据格式。设计过程中重点考虑PCB制作和FC接口端接匹配电阻的选择。

3 结论

电源管理系统模块利用FC接口,通过FC总线接受应用系统中其他模块发送的控制命令,并根据命令,控制开关阵列的输出,可以实现分别为各可替换功能模块(LRM)的上下电。而当智能电源模块发生故障时,电源管理模块能够通过FC总线将故障信息发送给应用系统的主控模块。在系统控制下,发生供电系统的重构动作,从而实现电源故障隔离。

参考文献:

[1] Furber S[英].田泽,于敦山,盛世敏,译.ARM SoC体系结构[M].北京航空航天大学出版社,2002.

第6篇：电源模块的发展范文

关键词：电气性能；电池模块；平弹垫

引言

进入“十二五”时期，我国大力支持发展新能源电动汽车高新科技的规划，政府政策、成本和便利性三项关键成功因素，促使了电动车市场的蓬勃发展。尤其是自去年以来，新能源汽车市场已逐步打开，2016年新能源车产量同比增长近4倍。

电动车发展的主要影响因素就是动力电池，近年来，东风、比亚迪等主流的电动车企开始大量采用动力电池，动力电池以其高安全性能、高能量密度、低成本、长寿命等优势，受到越来越多的青睐。主要电池生产企业包括三星SDI、东莞ATL、日本索尼、LG等，纷纷加大动力电池研究力度，而恿Φ绯刈榈募成技术研究却稍稍落后于电动车市场的发展。本文从平垫反装对单体电池电压、交流内阻、模块交流内阻及电压、模块直流内阻等方面进行研究，系统的论述了平垫反装对电池模块电气性能的影响，对电动汽车用电池模块的集成研究具有重要的现实意义。

1 研究现状

金属壳锂离子电池具有体积小、重量轻、比能量高、安全性高、设计灵活等多种优点。电池极柱采用螺纹结构，导电条通过极柱螺栓实现串并联连接，因此每套电源系统需要使用大量的极柱螺栓及平弹垫，穿平弹垫工序消耗大量的人力，且效率较低。

目前，一些企业开始使用穿螺栓设备实现穿平弹垫工作，但是，设备无法识别平垫正反面，而专门针对平垫反装对电池模块电气性能方面的影响的研究还较少，难以评估对电池模块质量的影响。

文章从电池模块电气性能关键参数，单体电池电压、交流内阻、模块交流内阻及电压、模块直流内阻等方面进行研究，通过试验验证平垫反装对电池模块电气性能的影响很小，对电动汽车用电池模块的集成研究具有重要的现实意义，为使用设备穿平弹垫提供依据。

2 试验方案

本试验中，选取1组1P10S电池模块，分析平垫反装可能影响的电气参数，针对电池模块电气性能关键参数确定试验内容，如表1所示：

表1 平垫正反装试验内容

2.1 试验步骤

（1）使用M6*12极柱螺栓（含平弹垫）通过1并2串导电条将10支CAM72电池串联成模块，其中平垫光面朝上，每支电池负极柱连接同规格的电压采集线，极柱紧固力矩9NM。

（2）使用交流内阻测试仪，通过电压采集线测量每支电池的交流内阻及电压并记录，测量时注意测量每支电池的同一位置。

（3）将电池模块连接德普充放电设备，按表2设置直流内阻测试工步，记录测试过程中电压电流，计算出电池模块直流内阻。

（4）将模块回充至原荷电状态，拆除电池模块，将极柱螺栓平垫反装，静置30min，重复1～3步骤。

2.2 试验结果

每支电池交流内阻如表3所示，每支电池电压如表4所示，模块交流内阻及电压如表5所示，平垫正装直流内阻测试结果如图1所示，平垫反装直流内阻测试结果如图2所示。

图1 平垫正装直流内阻测试结果

直流内阻计算公式为：

R=■

其中：R为模块直流内阻；U0为工步3放电结束电压；U1为静置结束电压；I0为工步3放电结束电流。

计算结果：

平垫正装直流内阻：R正=（32.404-31.353）/54.007=0.019460Ω=19.460mΩ

平垫反装直流内阻：R反=（32.438-31.389）/54.000=0.019426Ω=19.426mΩ

通过试验结果可以得出，平垫正、反装电池交流内阻差最大为0.01mΩ，各个单体电池电压保持一致；平垫正、反装模块交流内阻差为0.02mΩ，模块电压保持一致，模块直流内阻差为0.034mΩ。

3 结论

根据以上试验结果可得到以下结论：

通过测试平垫正反装对电池交流内阻、电压采集及模块交流内阻和直流内阻，分析数据可知平垫正反装对螺栓连接电气性能影响很小，可忽略不计，平垫反装可以满足螺栓连接电气性能，为极柱螺栓使用设备穿平弹垫提供数据支撑。

参考文献

[1]王震坡，孙逢春.电动汽车电池组连接可靠性及不一致性研究[J].车辆与动力技术，2002（4）.

第7篇：电源模块的发展范文

【关键词】高性能；数字化交流稳压电源；设计开发

中图分类号：TM71文献标识码A文章编号1006-0278（2015）09-148-01

一、高性能交流稳压电源的发展趋势

（一）智能化与数字化

目前在研制高性能、高精度、多功能的仪器设备时，几乎没有不考虑采用微处理器的。以微处理器为主体取代传统仪器设备的常规电子线路，将计算机技术与控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化仪器设备”。智能仪器解决了许多传统仪器不能或不易解决的难题，同时还能简化系统电路，提高系统可靠性，加快产品的开发速度。交流稳压电源一方面为仪器设备提供电能量，是仪器设备的“动力源”，另一面它本身就是仪器设备，因此，它有可能而且应当智能化。

（二）模块化

电源的模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化；其二是指电源单元的模块化。我们常见的功率器件模块含有一单元、两单元、六单元直至七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块（SPM）。近年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块（IPM），不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成一台新型的电源装置。

由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。

（三）绿色化

电源系统的绿色化有两层含义：首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染；其次这些电源不能（或少）对电网产生污染，国际电工委员会（IEC）对此制定了一系列标准，如IEC555、IEC917、IECI000等。事实上，许多功率电子节电设备，往往会变成对电网的污染源：向电网注入严重的高次谐波电流，使电网电压耦合许多毛刺尖峰，甚至出现缺角和畸变。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，为21世纪批量生产各种绿色交流稳压电源产品奠定了基础。

二、高性能数字化交流稳压电源的设计与开发

（一）功能设定

功能设定是交流稳压电源进行设计与开发的基础与依据。首先交流稳压电源的设计应当满足最基本的电源功能要求，从大的方面来说一个是供电功能―电源应当保证具有稳定的供电功能，另一个是保护功能：1.如果电路出现短路问题，可及时切断电源，当故障解决，可恢复原本工作状态；2.如果电路负载过大，应根据负载情况在一定的时间内自动关机（过载>>12o%，6oB后关机/过载大于lso%，2sB内关机；3.电压保护，电压过大或者过小都会对电源本身以及设备运行造成影响，因此当电压在264V以上或者176V以下时应及时使稳压电源关闭；4.过热保护，当逆变器的温度达到安全值以上时，应使稳压电源关闭；5.直流母线电流负载超过规定的1s0%时，应当使稳压电源关闭。

（二）电路设计

电路设计采用拓扑结构，交流电在整流桥予以整流处理后变为直流信号，这一信号再经由滤波电路到达逆变电路，逆变电路又将这一信号整合为交流信号，反向输回滤波电路，然后在隔离变压器的作用下，交流信号成为精密且稳定的电压。变化电路由逆变开关的各种器件所组成，有隔离与非隔离两种、隔离式的变化电路应用较为广泛，逆变装置应用的功率变换电路有三相全桥、单项全桥、半桥以及推挽等。

（三）控制系统

整个控制系统由八个模块组成，每个模块都有不同的功能分区：1.信号采集模块，对信息的采集有利于系统参数的设置，保证输出波形能够达到理想的状态，系统需要采集的信息包括电网与稳定电源的电流幅值、电压幅值以及频率；2.通信模块，技术人员对设备的操控与管理都需要通过通信系统来完成，稳压电源的通信模块有两个接口，Ethernet与RS485；3.键盘控制与屏幕显示模块，键盘可以取代开关完成对稳压电源的远程控制，完成对逆变器的开关，可对其进行菜单设置，输入或取消指令，查询信息与设置密码等、屏幕则可以将电源运行的状态，功率、电流、电压等参数都可在屏幕上作以展示；4.驱动模块，主要是指对逆变电路的驱动，有两种方式：a.对PWM信号的功率予以放大；h.将主控电路与PWM信号以及逆变电路的电气进行隔离；5.DSP单元模块，DSP是逆变主控芯片，可对IGBT予以瞬时保护，能够保证输出电压的稳定性，使波形达到理想状态，另外还能够产生脉冲信号以驱动IG-BT}OARM模块，ARM有着通信功能，它能将DSP收集到的运行数据传送给系统，也可以将系统发出的命令传输给DSP，它是人机互动实现的技术支持与基础；6.实时时钟，保证操作系统与运行系统时间的一致性，另外也可对系统参数与故障数据进行必要记录；7.保护与报警模块，系统在运行的过程中也在进行自我检测与保护，故障发生时可进行自主诊断，如有较大故障则发出警报.以警示灯或蜂鸣器进行警示。

三、结语

总而言之，交流稳压电源有着较高的稳定性、精确度与可靠性，其设计与开发对自测设备的运行有着重要的意义，随着科技的发展，交流稳压电源呈现出了数字化与高性能的特点，对其进行探究，有着一定的现实意义。

参考文献：

第8篇：电源模块的发展范文

当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

1.电力电子技术的发展

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

第9篇：电源模块的发展范文

1.电力电子技术的发展

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在

六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在

八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。