中兴模块电源简介

西红柿

中兴模块电源简介
Brief of ZTE Module Power Supply

马广积 Ma Guangji


摘要 介绍了中兴模块电源的产品系列及采用的技术，并对未来电源市场进行了展望。

关键词 模块电源 箝位 同步整流 铝基板



中兴模块电源概述

据资料显示，1999年全球开关电源的市场规模从1992年的84亿美元猛增到166亿美元，平均年增长率近10％。模块电源作为开关电源的一个分支，包括DC/DC变换器和DC/AC变换器（铃流模块），它在通信、汽车、电力控制等领域中占有重要的地位。据预测，模块电源全球市场的规模将由1999年的30亿美元增加到2004年的50亿美元，市场前景看好。在中国国内市场，模块电源主要应用于通信领域，虽然国内很多厂家推出了自己的模块电源产品，但产品的技术含量不高，尤其是在中大功率的场合，模块电源体积大、效率低，无法适应通信事业的迅猛发展。

中兴通讯1995年开始从事通信电源的研究与开发，在对AC/DC各种系列整流器进行深入研制并进行大批量生产的同时，对DC/DC、DC/AC二次模块电源也开展了积极的研制工作。目前，秉承中兴电源产品“高技术保证高可靠性”原则的中兴模块电源采用国际领先的电力电子技术和先进的SMT制造工艺，已经具备了高效率、高功率密度和高可靠性等特点。

1．高效。采用铝基板工艺和表面安装技术，模块的高功率密度最大可达55W/in3；采用有源钳位正激变换和输出同步整流技术，模块的效率高达90％。

2．可靠。采用输入过欠压保护、输出短路保护、输出过压保护、过温保护等多种可靠性设计，器件降额设计充分，MTBF可大于20×105小时。

3．便捷。采用工业标准化管脚，与国际知名电源模块产品管脚完全兼容，适用于通信、电力控制及分布式供电系统等设备；同时可根据用户特别需求进行特殊设计，并提供专业水准的应用指导。



产品系列介绍

在长期的开发研制过程中，中兴模块电源逐步形成了丰富的产品系列，模块功率范围覆盖1.5W～150W，可以向用户提供3大类15个系列近200种产品。目前产品主要分为通用系列、高效大功率密度系列和铃流模块三大类。


通用系列

通用系列模块电源主要包括1.5W、3W、5W、12W（含10W）和25W等五个功率系列，该系列模块电源基本采用单端反激电路，各项性能指标符合邮电部相关标准，并具有短路保护等功能。通用系列模块电源采用帽型封装，空气自然冷却，不带散热器。1.5W、3W、5W模块电源的外壳采用高温塑料注塑成型，起绝缘作用，外形尺寸（mm）：33×21.6×11.5。12W（10W）、25W模块电源外壳采用铝板成型，12W模块的外形尺寸：50.6×26.5×9.5。25W模块电源在壳体侧壁开孔，塑料压盖，外形尺寸：70×50×12.7。通用系列的模块电源输入电压有：5V、12V、24V和48V，输出电压有3.3V、5V、12V、± 12V、15V、± 15V和48V等。

2．高效大功率密度系列

高效大功率密度系列的模块电源主要指25W以上系列，包括25W、33W、50W、66W、75W、100W和150W等功率系列，其中包括25W高功率密度系列。该系列电路拓扑形式基本采用单端正激电路。高效大功率系列模块电源主电路为有源钳位正激变换，输出采用同步整流，具备输入欠压、短路、过温、输出过压保护，效率高达90％。由于耗散功率大，一般需要外带散热器。高功率密度系列模块电源和通用型模块电源相比，模块体积小，具备过热、短路保护等功能，效率不低于82%，采用帽型封装，可以不带散热器，外壳为铝板成型，外形尺寸：51.5×51.5×12.7。高效大功率系列产品的输入电压有24V和48V两种，输出电压有3.3V和5V。


铃流模块

中兴铃流模块包括三种系列：5W、15W和30W，为减小铃流模块的体积，均采用高频逆变的方式得到所需的输出交流电压。5W铃流模块的输出频率可以在16.7、20、25和50Hz间选择。15W、30W铃流模块输出频率固定为25Hz，具备远端遥控，输入过欠压，短路保护等功能。铃流模块在壳体侧壁开孔，塑料压盖。外形尺寸：100×100×12.7。铃流模块的输入电压有24V和48V两种。



产品技术介绍

模块电源作为整个系统的最终供电设备，一般都直接安装在通信数字电路板上面或附近，要求其工作时不能影响整个系统的正常运行，因此要求体积小、重量轻、效率高、噪声低和可靠性高。对于中大功率的模块电源，以上需求尤其突出。

通过持续跟踪电力电子技术发展的最新动态，对关键技术进行深入分析研究，并结合长期电源产品研制所积累的丰富经验，在中兴模块电源的研制和生产中掌握和运用了如下领先技术。

1．有源箝位技术

该技术通过特别设计的箝位电容、开关管寄生电容和变压器原边漏感之间形成的谐振，使主功率开关管实现零电压（ZVS）开通，在主开关管关断期间，又可将主开关管承受的电压箝位在一定水平，从而减小了主功率开关管的电压应力，减小了EMI干扰。应用于正激变换电路中的有源钳位技术，还可以实现磁通的自动复位，从而提高变压器的磁通利用率。由于采用有源钳位技术，实现了主开关管的零电压开通，同时可以选用低耐压的功率管，减少了开关的导通电阻Ron，与其它电源厂家采用无源钳位电路的模块相比，中兴大功率模块电源的整机效率可以提高4～6％。

2．同步整流技术

由于超大规模集成电路的尺寸不断减小，功耗不断降低，所要求的电源电压也在不断下降。在大功率模块电源中我们采用同步整流管（SR管）取代原有的肖特基整流二极管进行输出整流。同步整流管即低压功率场效应管，导通时的正向压降很小，如15A时仅有0.1V，它比采用肖特基二极管的正向压降可减小到1/2~1/3，从而提高了效率。结合有源钳位技术的使用，采用同步整流技术的中兴大功率模块电源的整机效率高达90％。

3．铝基板技术

被釉铝基板，简称铝基板，它的基片是铝板，在基板上衍生有一层绝缘三氧化二铝或聚酰亚胺、环氧树脂等聚合物，然后再敷上铜箔。在敷铜面蚀刻出电路导线图形就生产出成型的铝基板。被釉铝基板的最大优点就是热阻低，散热性能好，非常有利于模块内部功率器件的散热，是目前制作大功率模块的极好材料。另外和印制电路板一样，铝基板敷铜导线体电阻小，本身耗散功率小，与厚膜工艺相比，在具有近似散热性能的前提下，有成本低，抗震性能好，外形美观，可省去封装的特点。目前采用铝基板技术已成为中兴大功率模块设计的重要手段。



前景展望

虽然有些通信产品目前依然沿用集中式供电系统，但随着分布式供电系统优势的日益明显和市场压力的增大，国内模块电源的用量将会迅速增长。我们认为，未来模块电源的发展趋势将会呈现以下特点：


高功率、低压输出（3.3V）的需求越来越大。


非隔离式DC-DC变换器比隔离式增长速度更快。


分布式电源比集中式电源发展快，但集中式供电系统仍将存在。


非标准设计的DC-DC变换器所占的比重将更大。

根据这些特点，中兴模块电源将在确保模块电源各项性能指标的前提下，在设计时充分考虑用户的需求，保持其通用性，并在实际应用中不断完善。