电源功率分配设计与分析

电源供电方式设计与选择
后面板上电源模块和CPCI板卡槽位不使用时，保护挡板； 电源模块和CPCI板卡为机箱内嵌时安装，在后面板与其对应位置安装屏蔽 金属板，起到电磁屏蔽和防护作用。
外型图1
电源供电方式设计与选择
外型图2
电源供电方式设计与选择
内部分布图
电源供电方式设计与选择
配电方案
电源配电组合分成两部分：输入前端模块和电源模块。由输入前端模块完 成输入AC220V交流电压滤波及瞬变和浪涌保护功能，再经整流和滤波电路将 输入交流电压转换为非隔离非稳压的DC300V直流电压；将输入前端模块处理 后的交流电压和直流电压分别接到一双刀双掷开关S1上，通过S1的切换控制 输出交流AC220V电压或直流电压DC300V电压。电源模块完成输入交流电压或 高压直流电压到负载所需要的低压电压的隔离稳压变换，将输出稳定洁净的 低压直流电压提供给负载。
电源供电方式设计与选择
电源供电常用功率变换器件的选择
1.集成开关器件和电源模块 2.线性集成稳压器
电源供电方式设计与选择
集成开关器件Байду номын сангаас
该类器件通常用于电路板级非隔离稳压及电压变换，具有体积小、效率、
外围器件少、响应速度快和应用简单方便等特点，但是由于直接分布到电路 板上，工作过程中易产生电磁干扰，同时需要处理功率器件的散热问题，要 求应用工程师需要熟练掌握电源电路的原理及布线要求。
电源供电方式设计与选择
线性集成稳压器
该类稳压器件的出现早于开关电源，通过连续性调整功率管的压降获取稳 定的输出电压，所以在稳压过程中不会出现电压电流突变，因此其纹波噪声 非常低；同时由于功率管上的压降较大，导致大电流时，其功耗很大，效率 低；该类器件为连续调整器件，无法通过磁性器件隔离，所以均为非隔离器 件。 随着半导体技术的发展，该类器件也有了新的发展，现在开发出了导通压 降很低的集成稳压器件（输入输出电压差最低可达0.3V），所以在低压大电 流、低噪声的应用领域有着其独特优势。 器件案例: 标准线性集成稳压器：LM7805、LM7912、LM317等；低压差 稳压器：LT公司的LT1086IM、ON公司的NCP1117DT、TI公司的UCC283TADJ等；电压基准：该类器件主要作为A/D、D/A等电路的参考基准，输出功 率低，输出电压精度和稳定度非常高。
市电/发电机/电池
电源1
电源2
电源3
电源4
负载1
负载2
负载3
负载4
电源供电方式设计与选择
分布式供电2
市电/发电机/电池
电源（一次变换）

电源1
28V
电源2 电源3
电源4
负载1
负载2
负载3
负载4
电源供电方式设计与选择
集中供电的特点 1.管理容易;
2.使用方便;
3.成本低;
4.可靠性高;
5.配置不够灵活; 6.低压大电流负载特性不好控制
机箱材料使用2A12-T4硬铝合金板；
机箱共14个槽位，装入3个电源模块(2个8HP、1个12HP或3个8HP)、一个输 入整流滤波模块、7或8张3U卡(4HP)； 板卡沿机箱深度方向竖直放置；
板卡从后向前插入机箱，并嵌入机箱内；
机箱内部母板与板卡和电源模块连接采用PCB背板，连接器焊接到PCB板上， 各板卡及电源模块的连通通过PCB板直接连接；
供电方式选择 由于计算机系统主板和业务板存在5V/5A、3.3V/3A和1.8V/2A低压 大电流供电需求，需要采用分布式供电；由于计算机系统为一个独立 设备，供电及负载相对集中，为便于管理和节约成本，采用集中式供 电会更便于管理，基于以上两方面考虑采用集散式供电方式。 计算机供电设计：
先有一次变换集成电源实现将输入AC220V转换为DC40V/10A、DC28V/20A、 12V/3A、5V/10A四路独立电源输出；在各个板卡上再通过集成开关器件电路 或DC-DC电源模块实现将DC5V转换为DC3.3V、DC1.8V电源输出；同时在主板上 通过DC-DC隔离电源模块转换输出独立的DC12V/0.5A直流和DC5V/0.2A直流输 出分别给风扇和表头供电。
电源供电方式设计与选择
计算机供电电源框图
AC220V 40V/10A 28V/20A
电源（集中供电）
12V，5V 主板 显示屏 12V/0.5A 5V/0.2A
业务板卡
3.3V/3A 1.8V/2A 键盘 鼠标
风扇、表头
电源供电方式设计与选择
案例分析2 某CPCI机箱配电设计
19英寸4U上架加固机箱，可安装在标准机柜中，也可以独立放置于台面使 用。设备满足电磁兼容试验、配电要求、环境试验要求，同时设备应具有外 观造型美观、内部布局布线合理、可操作性及可维护性好，满足客户对19英 寸机箱加固使用要求。
电源供电方式设计与选择
分布式供电特点
1.管理复杂 2.成本高(从系统总体成本分析不高) 3.可靠性高 4.应用配置非常灵活 5.扩展性好 6.通用性和继承性强 7.是目前低压大电流负载供电唯一解决方案
电源供电方式设计与选择
当前最常用的供电方式 集散式供电
先由大功率的不间断供电系统提供统一的DC48V、DC36V、DC28V、DC24V
电源供电方式设计与选择
VICOR电源解决方案
VI-200/J00系列
电源供电方式设计与选择
VICOR电源解决方案
MAX、MIN、MICRO系列
电源供电方式设计与选择
VICOR电源解决方案
VI-CHIP系列
电源供电方式设计与选择
标准器件
电源供电方式设计与选择
标准器件
电源供电方式设计与选择
标准器件
电源供电方式设计与选择
SYNQOR电源解决方案
谢谢!
电源供电方式设计与选择
其它电源变换器选择
如果以上器件或方案均无法满足系统供电的需求，可以根据系统要求，
提出具体指标，由专业电源开发设计单位进行开发，定制专用电源。
电源供电方式设计与选择
案例分析1 某工业计算机供配电设计
计算机由显示屏、电子存储卡、主板、业务板卡、键盘、风扇、表头等 组成；显示屏需要12V/1A电源、主板、业务板卡等需要12V/1A、5V/5A、 3.3V/3A、1.8V/2A电源，数字表头需要5V/0.2A电源，风扇需要12V/0.5A电 源；同时计算机还需要为外部设备提供28V/20A、40V/10A电源。
电源供电方式设计与选择
常用供电方式
1.集中式供电
2.分布式供电
电源供电方式设计与选择
集中供电1
市电/发电机/电池
电源
负载1
负载2
负载3
负载4
电源供电方式设计与选择
集中供电2
市电/发电机/电池

并联
电源模块1 电源模块2 电源模块3
负载1
负载2
负载3
负载4
电源供电方式设计与选择
分布式供电1
电源功率分配设计
培训讲师:郭洪飞
高级工程师
单位：空军预警学院
电源供电方式设计与选择
电源分类
1.按电源工作特性分类: 线性电源、开关电源；
2.按电源输入输出特性分类：AC/DC、DC/DC、DC/AC、
AC/AC； 3.按功能分类：稳压电源、恒流电源、恒功率电源； 4.按应用行业分类：电力电源、铁路电源、医疗电源、 军用电源等
电源供电方式设计与选择
内部电源组件
电源供电方式设计与选择
该配电方案特点
a)电源模块内部的整流滤波及输入保护电路均由外部输入前端模块完成， 这样将可以为电源模块节省出1/3内部空间，利用增加空间，增加滤波电路， 保证更低的输出纹波噪声；省掉了前端整流滤波电路功耗，电源模块效率可 提高到85%以上,同时保证电源模块生产工艺性更好,提高生产效率，更好的控 制产品的可靠性和一致性。 b) 输入前端模块更靠近输入接口，在输入电源进入机箱时把引入的干扰信号 滤除掉，保证不会有干扰信号对机箱内部信号和电源形成干扰。如果该部分 电路由电源模块独立实现，那么从机箱连接器到电源模块这一段线上的干扰 信号将会备引入机箱内部，影响其它设备工作。 c) 提高了电源配置的灵活性,通用性和可靠性,根据负载需求不同,只需更换 后端电源模块即可,且采用CPCI结构标准设计,维护和更换十分方便。
计算机输入电压为：AC220V/50HZ；
该计算机供电需求分析如下： 计算计中各设备供电要求可以查各个设备的数据手册，自己开发的设备 可以查找芯片等功率器件供电要求，同时考虑是否存在瞬间峰值功率，如果 有必须满足峰值功率需要，同时预留不低于20%功率余量；从而得出计算机 系统的供电要求；
电源供电方式设计与选择
等母线电压，然后集中供给负载供电网络。而在负载端，有一个或多个中功 率电源板（DC-DC电源模块）将DC48V、DC36V、DC28V、DC24V等母线电压转换 成一种或多种电压，供给负载供电。
分布式供电
先由大功率的不间断供电系统提供统一的DC48V、DC36V、DC28V、DC24V等 母线电压，然后集中供给负载供电网络。设备中每块电路板上各有一个或几 个小功率电源(DC-DC电源模块、LDO等)，DC48V、DC36V、DC28V、DC24V等母 线电压转换成一种或多种电路板所需电压，直接给电路板上的芯片等器件供 电。
器件案例：TI公司的集成控制器LM3676，LM2830Q1等；ON公司的 MC34063A，LM2576等，vicor公司的COOL-POWER PI33XX-X0-LGIZ
电源供电方式设计与选择
开关电源模块
该类器件通常为隔离的稳压电源模块，具有独立的封装金属或塑料外壳， 可直接焊接到印制板或独立安装到机箱内部，具有单路或多路输出，无须增 加外部电路即可独立使用。目前产品种类和技术也最为成熟，应用非常简单， 无须对电源原理及设计十分了解。 选用该类型器件，主要考虑以下几个方面：电源模块输入的电压范围， 电源模块输出电压范围，输出电流，效率，纹波噪声，体积，工作温度，动 态响应，可靠性等，同时设计中应考虑散热和环境适应性要求，选择合适的 器件。 器件案例：目前生产该类器件的厂家繁多，这里简单列举几个在航空航 天领域应用的品牌：43所、24所、vicor、SYNQOR、VPT、LT等（泓承科 技为VICOR和SYNQOR器件的产品技术应用中心），还有一些在军用地面设 备以及工业领域应用较多的：新雷能、爱立信、TRACO等。