二次电源模块的应用技巧
1摘要
二次电源DC/DC模块广泛应用于数据采集、程控设备、仪器仪表、通讯系统和分布式供电系统中，将24V或48V直流变换到所需的2.5V、3.3V、5V、9V、12V、15V等电压等级。现市场上有很多DC/DC模块都具有高稳压精度、高效率、高可靠性、低的纹波和杂音，给用户提供了极大的选用余地。但由于模块的结构和性能不尽相同，在应用时为了更好发挥模块的性能，设计出更加合理的电源板，需要使用一些技巧。
2模块选用准则
用户在选用模块时通常首先关心的是模块能否满足负载能力，这需要根据实际的负载条件选用相应的模块。首先要考虑输入电压范围，以确定选用24V系列还是48V 系列；其次是考虑所需的输出电压，计算出额定负载时所需的功率，就可确定对应的模块型号。如果用户所需输出电压或功率恰好符合我司模块的输出电压或功率等级，则不需对模块进行更改，否则需对模块输出电压进行微调或者采取输出串、并联措施达到要求。
3输入输出滤波
考虑到输入直流电源与模块之间的相互影响和EMC性能，还有对负载的影响，通常在使用模块时都要在模块的输入输出端加上滤波措施。推荐使用以下滤波电路形式，调整不同的参数后能够达到所需的滤波效果。
图1 输入、输出滤波电路
以上滤波电路仅在DC/DC模块输出功率比较大且对杂音、EMI要求比较严格的情况下适用。其中Y电容（共模电容）选用范围为1000pF～4700pF，电解电容根据不同模块选用47uF～2200uF，X电容则在0.01～1uF之间，电感的感量在10uH～100uH之间。普通情况下，可以去掉滤波电感和Y电容，输入和输出分别只需加上一电解电容和X电容即可，且X电容应尽量靠近模块的端口。
4CNT电路的控制
CNT端子作为控制端，可以不直接开关输入电源而使模块的输出电压“ON”和“OFF”，也就为计算机对模块进行遥控开关机提供了条件。CNT的工作电平有高和低两种，应分别根据具体的模块设计对CNT的控制电路，由于CNT端工作时电流较小，可以采用光耦或继电器或晶体管来控制CNT的建立。由于许多电路需要在输出出现过欠压时要关闭模块，因此需从输出部分将输出信号引到对CNT的控制部分来；如果输入与输出间有绝缘的要求，则采用光耦来实现，否则用继电器或晶体管也可。
对于没有CNT端子的模块，就需要采用继电器或晶体管等来实现它的通断控制，利用输入或输出信号来驱动继电器或晶体管来切断输入电压。
5软启动电路的设计
随着DC/DC模块功率的增大，或者是多个DC/DC并联的使用，输入滤波电解电容的容量的增大就必然引起瞬间输入电流的增大。在输入电压加入的瞬间，Vin的负载就是输入电解电容的等效串联电阻R =1/(1/Resr1+1/Resr2+1/Resr3……+1/Resrn)。电解电容的等效串联电阻很小，所以充电电流非常大。此充电电流会引起输入电压的波动，特别严重的是在热插拔时还会引起连接器的损坏。为了防止充电电流过大，有必要加入软启动电路。电路形式如图2。
图2 软启动电路
图2中的A、B两种电路都能实现对充电电流的限制，合理的选择RC来确定充电的时间，限流电阻起限制最大电流的作用，启动时的瞬间功率比较大。在实际应用中，应考虑B电路Q1（MOS管）的散热问题，因为工作时，较大的输入电流通过Q1的D、S极，使Q1有一定的功耗。因此推荐使用Rdson小的MOS管。
6电源的备份冗余设计
在通讯或别的领域里，常常要求电源的不间断。备份冗余设计是实现电源不间断供电的一种有效方式。系统电路如图3。
图3 冗余系统电路
图中电容C1、C2的容量远大于电容C3，这样带电拔插A（或B）电源板时由于C3较小，正常电源板B（或A）的模块由于隔离二极管的作用，不会对C1或C2充电，就不会出现冲击电流，正常电源板就不会因其它电源板的插拔时出现瞬间充电电流和瞬间掉电。如是电容加在隔离二极管之后，电容的等效电阻很小，在电源板插入瞬间，会有大的冲击电流，与电容并联的负载RL也有瞬间电压下降。
如果设计的电源需要另外加入输出过欠压保护电路，电压的取样点应取在隔离二极管之前，防止一路电源输出电压过高时关闭其余正常路工作电源。由于隔离二极管在轻载和满载时的管压降不同，会影响保护点在轻载与满载时的不一致，所以设计时要按重载时的过、欠压点来考虑。
7输入端反极性保护
模块使用手册推荐的防反接保护有两种电路形式，见图4。
图4 输入端反极性保护电路
图中两种电路形式都能对电源极性反接进行可靠的保护。A图是以损坏保险管为代价的反接保护，当电源反接时，D1导通，则F1熔断，故D1的电流应大于F1的保护电流，否则D1烧坏后起不到保护作用。B图在电源反接时，D1不导通，此时D1的反压值应大于输入电压值的5倍。考虑功耗和散热问题，当输入电流较大时，应用A电路对反接进行保护，当电流较小时，应用B电路来保护。
8过流锁死保护后的重新启动
多数产品的过流、短路保护是可以自恢复的，也有少数产品在电流保护后会触发输出欠压保护电路，输出被切断，必须重新开机，或者在RST端施加复位信号，输出才能恢复供电。这样的产品如实现自动恢复功能，就必须增加应用电路。参考电路如图5：
图5 重启动电路
图中IC6为NE555芯片，电源输出由于电流过大而关闭时，产生一启动信号，输出脉冲使RESET端复位，采用振荡电路，当输出正常时停止输出脉冲波形，这种连续脉冲使输出可靠的恢复。也可以使用其它脉冲电路来对RESET复位。
9输入、输出过、欠压保护电路
根据不同用户和电源板的要求，还有在使用多个模块的电源板上，为使所有模块的动作点统一起来，在模块的外部有时需加输入、输出过、欠压保护电路。另外，如果用户所要求的输入、输出过、欠压点比我们模块本身的要低，例如对输入来说，48V序列模块的输入电压范围为36～72V，而用户只要求输入范围为40～60V，也需要增加此电路。
当然，外部所加的保护电路的动作点必须在模块本身的动作点之外，否则起不到保护作用。设计此保护电路时，若要求保护动作时有回差，则通常采用LM358或LM393来实现，因为利用运放可以方便地调节回差的大小；若要求保护动作后不可恢复，则一般采用TL431来实现。TL431与稳压管相比能够实现很高的精度，且其温度特性好。常用的输入、输出过、欠压电路见下图：
图6 常用输入过、欠压保护电路
图7 常用输出过、欠压保护电路
在输入过、欠压电路中，应注意使运放的同相端和反相端所接的电阻大致相等，以达到阻抗的平衡；二极管的方向应根据实际应用中运放的输出电平来确定；运放的参考电压可以用TL431来提供，其另一端一般都应接一0.01uF金膜电容，防止电路中的干扰造成误动作；运放的工作电压由辅助电源来提供；过、欠压点和回差可根据运放的特性来计算。
在输出过、欠压电路中，应注意使TL431的参考端电路（图7中的R2和R4支路）的工作电流为1mA左右，且在其参考极与另两极间分别接上470pF～0.01uF的电容。光耦输出的控制信号送到所需的控制点。图7中的R3不可缺少，它用于给TL431 提供工作电流，若没有R3，则该电路的动作点漂得很厉害。只要电阻的精度足够高，就可以实现很精确的保护点。
10总结
总之，模块在应用过程中应根据实际应用条件和所需达到的指标来确定是否使用以上各种电路。当然，我们推荐的不是唯一的电路，也可以采用其它的电路来实现相同的功能。同时，考虑到理论与实践之间的差别，在调试过程中应相应调节各电路参数以达到规定的要求。还有值得注意的是，成熟的电路若想达到理想的效果，还与PCB板的布板有关，必须按照常规的经验来布板，否则，好的电路仍然起不到应有的作用。
