采用模块式、大功率IPM-2M500N的通信电源设计方案

模块式开关电源是将开关等一些功能器件通过粘贴浇灌工艺集成在一起，使它具有比分立元器件有更多更好的特性和技术参数，因为它的接点少、距离近、连接紧密、阻抗低、功耗小、抗干扰能力强，有些功能性集成块，还能承受很高的电流、电压应力。现代计算机的芯片集成了上亿个电子元器件。现代的通信电源的输出功率达几百千瓦级，它是几百个集成电源模块并联而成的，每一个电源模块的功率最低也要达到几千瓦。这样的开关电源如果用分立元器件组装，它的损耗、体积有多大，可想而知。

1.模块式IPM-2M500N的特点

1）IPM-2M500N的产品有IPM-2M500N 10A、20A、30A、40A、50A，工作电压范围为20～500V，模块的连续功率为0～1000W，模块的工作频率为100kHz，具体参数见表5-1。工作电压范围、工作电流范围是电信通信最重要的两项参数。IPM-2M500N电源模块如果是三相输入电压，功率可达到25kW，可驱动更大功率IGBT。市电在150～265V内变化，电源输出可以保持稳定。

表5-1 IPM模块使用参数

2）具有多种保护功能，并有均流功能。电流型脉宽调制方式可根据检测电路传来的电流信号对每个电流脉冲实施电流检测，检测电流与模块内的标准电流一一比较，当比较结果超出设定值时，主控门关断停止输出而进行过电流保护。它具有均流功能，模块设计采用自动平衡均流方式，这种均流实施时间短，程式简便，效果好。另外，它还具有软启动功能，根据输出电压高低，软启动时间有长有短，为保护输出负载免受冲击，保护桥路开关管的安全尤为重要，以短软启动较好。

3）所谓电流型PWM是在比较器的输入端直接将感应到的输出电流信号与误差放大器的输出信号进行比较，以控制输出脉冲的占空比，使输出的峰值电流信号跟随误差电压变化。这种控制方式可以改善整个开关电源的电流调整率和电压调整率，改善整个系统的瞬态响应，使控制系统响应速度极快、极灵敏。电流型PWM还具有重叠脉冲控制驱动开关的特点，它可以在一个时间周期内出现两个连续脉冲控制开关，这种性能保证了半桥电路或全桥电路构成的开关电源的长期安全运行，扫除了由于控制误差致使电源不能顺利工作的控制障碍，增加了电源的可靠性。

4）IPM-2M500N控制模块的高低端驱动器采用国外最新的用于半桥或全桥电路、具有高低端栅极浮动式高电压驱动的IC专用驱动器。一般的半桥或全桥驱动电路的高端和低端不是同接在一个地，但它们受同一个控制电路发出的控制信号控制而进行工作，因此这种控制信号传输必须进行隔离，否则电源不能进行工作。信号隔离技术采用脉冲变压器来完成，是最简单而又可行的。当变换电路的工作频率下降时，脉冲变压器传导的电信号将受到变压器磁心磁导率、居里温度、磁感应强度诸多因素的影响，电信号的传递总是不大理想，而采用IC直接驱动，不存在上述各因素的影响，它可以在几百千赫范围内稳定地工作。IPM-2M500N可以在工作区域里或是死区里工作，防止电源变换电路产生误差直通信号，驱动电路吸收桥式电路所产生的密勒效应，因此模块的可靠性很高。图5-3是它的内部功能框图。

(www.xing528.com)

图5-3 IPM-2M500N内部功能框图

2.IPM-2M500N模块式开关电源电路工作原理

IPM-2M500N模块属于半桥式功率变换控制单元。模块采用各种无感元件设计，电路用贴片式电阻、电容，对控制反馈回路电流、电压进行检测。对比较控制回路、各种保护功能、MOSFET驱动单元采用新的集成工艺和粘贴技术混合安装制造。模块的1、3脚分别接直流电源的正极和负极，2脚可输出100kHz的全脉冲宽幅功率驱动方波，为桥路提供信号源，4、5、6脚是隔离反馈电压PWM输出端口，5脚是精密稳压源的2.5V标准工作电压输出端口，调整5脚的工作点即可改变2脚调节脉冲的宽度，也就调节输出功率。图5-4是它的原理图。

交流电源电压经C₁、C₂、C₃、C₄、L₁低通滤波抑制EMI和RFI以及传导噪声干扰，VD₁～VD₄、C₄是交流电压整流滤波电路。L₂、C₄、R₁是功率因数校正电路，以提高电源功率因数。TR₁是电桥耦合变压器，变压器的二次侧分别接耐高压开关功率管VT₂、VT₃（MOSFET），组成电桥的右臂。VD₁₂～VD₁₅、L₂、C₈、C₉是电压输出整流滤波电路，TR₂是电源的高频振荡变压器，这是一只特殊的变压器，变压器磁心用的是非晶合金（Ni-Co）金属软磁材料，它的磁导率很高、耐蚀性、耐熔性、硬度、韧性和高电阻率，是其他锰-锌铁氧体不可比的。这种材料通常称为超微晶合金材料，一般大功率开关电源使用这种材料。

VD₆～VD₉是串接在TR₂的一次辅助绕组的反馈控制电压，因为对反馈的品质要求较高，所以专门设计这种供电电路。调整电位器RW₁将调整电压保护值的大小，调整RW₂是调整电流保护。这两种参数结合通信电源的要求，在调试好后，用1%的精密金属膜电阻取代，再进行规模化生产。RW₂的电流调整范围可为0～5A，RW₁的电压调整范围可为5～100V。

图5-4 模块式大功率IPM-2M500N通信电源