摘 要：分析了AC/DC电源模块化进程中存在的问题，阐述了其在工程应用中的选型原则，探讨了AC/DC电源的发展动向。
关键词：AC/DC电源；模块化；发展动向
1 引言
随着各种电源设备向小型化发展，在这一领域广泛应用的开关电源也不断向模块化和集成化发展。新型模块式开关电源，通过高效率设计及高密度安装技术封装于一个很小的空间内，作为一个完整的电源系统，其体积、重量大大缩减，工作效率及可靠性大大提高。使用者可以将这种电源模块作为简单的元器件使用，将其直接安装于电路板上，不加或只加很少量的外围元器件，即可向电路系统供电。因此这种电源模块对使用者提供了极大的方便，而体积小及高效率，使设备小型化、便携化设计得以实现。
虽然广泛用于通讯、医疗、航天、仪器、仪表等领域的二次电源——DC/DC变换已实现模块化，且其设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但一次电源——AC/DC变换的模块化却遇到了较为复杂的技术和工艺问题。因一次电源的模块化是开关电源小型化的基础，为此本文对一次电源模块化进程中存在的问题作一分析，并对其发展动向作一探讨。
2 问题分析
AC/DC变换输入为50/60Hz交流电，必须通过整流、滤波环节，才能输出稳定的直流电，而输出直流电的质量及相关的技术指标与上述各环节的设计密切相关。同时系统设计还要考虑到UL、CCEE等安全标准及EMC标准（如IEC、FCC、CSA）的制约，为此交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，因此相对来说体积较大的滤波电解电容是必不可少的，这限制了AC/DC电源体积的进一步小型化。
开关模式的AC/DC模块电源相对于铁芯变压器式交流—直流线性稳压电源，在绝大多数性能指标上具有很大的优越性。例如对于一台需要DC5V/3A、15W供电的单片机系统，如采用铁芯变压器式电源，其线路结构方案为输入熔断器＋铁芯变压器＋整流滤波＋7805系列稳压器＋输出滤波。考虑到电网电压±20％波动，稳压器工作效率约为70％～80％，因此整个电源系统总体效率为35％～40％。按此设计，铁芯变压容量应为45VA，系统总热耗约为225W，必须加装散热器及采用强制风冷却，总重量为1kg左右。而采用开关式AC/DC模块电源方案，如以HAS15-5-N（15W、5V、AC165～265V输入范围）型电源为例，其工作效率为80％，电源总热耗仅为3.8W，无需外加散热器，自然空冷即可，总重量仅为70g左右。
在输入抗干扰性能上，开关模式的AC/DC电源要优越得多，因其电路结构为多级串联，一般输入干扰如浪涌电压很难通过，而铁芯变压器因原副边电磁耦合及线圈匝间的分布电容，都会使输入干扰轻易传入副边。
在输出电压稳定度上，AC/DC模块电源也有较大的优势，0.5％～1％的稳定度是易于达到的。而普通线性稳压电源，该参数指标为5％左右。
虽然开关模式的AC/DC模块电源具有上述优越性，但是由于开关工作的高频化导致其电磁干扰加强与开关器件损耗加大，这使得其EMC设计难度大于DC/DC变换，这便对电源内部高密度安装的电路板的设计提出了更高的要求，另外效率也达不到理想值，为此必须采用系统优化设计以使效率达到满意的程度。通常要使DC/DC模块电源厚度小于12mm，在技术和工艺上不难达到。而AC/DC模块源，厚度达到20mm左右就已非常困难。如日本LAMBDA公司输出功率为5W的AC/DC电源模块，厚度为20.5mm。我国利德华福公司2.5W立式封装AC/DC电源模块厚度为18.5mm，而且其内部未装有交流滤波器。
3 工程应用
AC/DC电源模块，在使用时应注意以下几个方面：
3.1 输出电流选择
普通线性电源工作效率为35％～40％，因此，对于原方案采用一只45VA的铁芯变压器的线性电源供电系统，15W功率的模块电源也许是足够的，但还是应尽可能准确地测量或计算用电系统的最大吸收电流，并一般留以80％左右的裕量（或视具体应用场合确定），据此来确定模块电源的额定电流。
3.2 干扰抑制措施
开关模式AC/DC电源会比线性稳压电源产生更多的干扰，这对于一般电路系统，不会产生任何影响；而对于带有共模干扰敏感电路的用电系统，应注意采取接地屏蔽措施，将开关式AC/DC电源的浮地端接大地或接用户机壳可得到很好的效果。
3.3 接地措施
按ICE1000、EN61000、FCC等EMC标准的要求，开关模式电源均应采取EMC措施。虽然在我国EMC强制性法规还未出台，但其正式实施肯定是在近1～2年内的事。因此，电源一般应带有EMC滤波器。如利德华福公司的HA系列AC/DC模块电源内部带有EMC滤波器，已获得IEC1000和EN61000标准测试认可，而其在使用中，必须使浮地端良好接大地，方能满足上述电磁兼容要求。
3.4 过负荷及故障保护
模块电源在设计中一般已考虑了过载运行状态，并且有过热、过流、短路等保护功能。器件要能够承受10倍过载电流数分钟。模块电源内部温升过高或输出短路时，会自动切断供电，以避免电源损坏，故障消除后，可自动恢复。
4 发展动向
AC/DC电源的市场是很大的，涉及到民用、军事及各行各业，欲对它的市场作出全面、准确的统计是很困难的。以美国为例，表1列出了按AC/DC开关电源额定功率大小分类的逐年销售额与平均年增长率。而表2列出了按开关电源的用户应用领域分类的逐年销售额与平均年增长率。
从表1数据可知，1001～1500W电源是消费增长率最高的，预计平均年增长率可达16.5％。另一方面从表2数据可知，当今远距离通信和数据通信应用领域的蓬勃发展，包括发射装置、专用交换机异步传送开关（ATMs）、远程存取LAN设备、电视会议设备的迅速发展，对机内AC/DC开关电源的需求剧增。因此，用于远距离通信和数据通信机内的AC/DC开关电源的年平均增长率达15.1％。而计算机和办公自动化用的机内AC/DC开关电源虽然仍将保持最大的消费份额，但是增长率不如前者。在工业和仪表市场消费领域，国内对新型、先进医疗和实验室设备，包括医用监视器，通风和验血设备用的AC/DC开关电源需求也将日益增长。除此以外，工业过程控制机、操作控制台、测试和测量仪器用的电源将在工业应用领域占领先地位。
今后AC/DC电源的发展趋势是：高精密的稳压、稳流电源；各种试验电源；激光脉冲电源和高能量密度/微型电源等。在国内用于加速器、核磁共振、激光、测试、航天、国防等高精尖的AC/DC产品有着广阔的发展潜力。它们对稳压、稳流、纹波、波形参数、体积和重量有着极严格的技术要求，是我国在“十五”期间重点的研发课题，也是推动我国高新技术发展的基础产业。
