專利名稱：高功率密度低噪聲的電源部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波電工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高功率密度、低噪聲的 電源部件。
背景技術(shù)：
微波固態(tài)功放組件采用的固態(tài)功放芯片的直流到射頻轉(zhuǎn)換效率較低， 漏極工作電壓較低，因此電源部件需要提供較大電流，才能滿足微波固態(tài) 功放組件的高功率的要求。微波固態(tài)功放組件經(jīng)常應(yīng)用于體積和重量要求 嚴(yán)格的導(dǎo)彈、雷達(dá)等場合，對電源部件體積和重量的要求也很苛刻。微波 固態(tài)功放組件低頻自激和輸出射頻功率的穩(wěn)定性的一個關(guān)鍵因素是電源 部件的噪聲，因此要求電源部件輸出噪聲在很寬的頻率范圍內(nèi)都要保持較 小值。
傳統(tǒng)應(yīng)用于微波固態(tài)功放組件產(chǎn)品的電源部件采用磚塊電源模塊設(shè) 計，但由于該磚塊模塊的體積比較大，重量重，功率密度不夠高，再加上 輸入、輸出電源處理電路，以及印制板體積，設(shè)計出來的電源部件體積比 較大。電源部件的輸出電源濾波采用較大容量的鉭電容作為濾波電容，由 于其寄生電阻值較高，并不能很好消除紋波，而且鉭電容抗沖擊等機械性 能較差， 一般不能滿足高機動應(yīng)用場合。電源部件的磚塊電源模塊的開關(guān) 頻率產(chǎn)生的噪聲一般采用高電導(dǎo)率材料的屏蔽殼進(jìn)行抑制，但是高電導(dǎo)率 材料對電磁噪聲屏蔽效果一般，滿足不了微波固態(tài)功放組件對噪聲的要 求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種功率密度高、噪聲低、體積小、重量輕的電源部件。 一種高功率密度低噪聲的電源部件，包括通過正線和負(fù)線相連的電源 輸入端和電源輸出端，所述的電源輸入端和電源輸出端之間依次設(shè)有保護
電路、輸入抑制噪聲部分、電源轉(zhuǎn)換部分和電源輸出部分；所述的保護電路包括分別與電源輸入端正、負(fù)級并聯(lián)的單向擊穿二極
管Dl和單向擊穿二極管D2,單向擊穿二極管Dl和單向擊穿二極管D2 之間的正線上設(shè)有熔斷器F1。
所述的輸入抑制噪聲部分包括連接在正線和負(fù)線間的共模和差模抑 制裝置Ul和電容C1。
共模和差模抑制裝置U1由共模和差模電感以及Y型電容組成，電容 Cl 一般可采用幾百uF的鋁電解電容。
所述的電源轉(zhuǎn)換部分包括電源轉(zhuǎn)換模塊Ml ，共^f莫和差才莫抑制裝置Ul 的正、負(fù)輸出端連接至電源轉(zhuǎn)換模塊M1的正、負(fù)輸入端，Ml的正、負(fù) 輸入端并聯(lián)有電容C2，電源轉(zhuǎn)換模塊M1的正輸入、正輸出端并聯(lián)有電 容C3，電源轉(zhuǎn)換^f莫塊Ml的負(fù)輸入、負(fù)輸出端并聯(lián)有電容C4。
所述電源輸出部分包括與正線和負(fù)線相連的電容Cn2，電容Cn2并聯(lián) 有緩沖器，所述的緩沖器由串聯(lián)的電阻Rl和電容C5組成。
所述的電源轉(zhuǎn)換模塊M1采用兩級開關(guān)電源芯片實現(xiàn)，第一級開關(guān)電 源芯片先將輸入電源的電壓電流轉(zhuǎn)換為 一個中間電壓電流的電源，第二級 開關(guān)電源芯片將中間電壓電流的電源將轉(zhuǎn)換為輸出所需的電壓電流的電 源。為進(jìn)一步屏蔽電源轉(zhuǎn)換部分的電源轉(zhuǎn)換模塊M1的噪聲并使之良好散 熱，在電源轉(zhuǎn)換模塊M1上設(shè)有屏蔽散熱器。
所述的屏蔽散熱器由散熱材料、高電導(dǎo)率材料和高磁導(dǎo)率材料經(jīng)過層 壓制成。高磁導(dǎo)率材料層與電源轉(zhuǎn)換模塊的開關(guān)電源芯片接觸。在屏蔽散 熱器與開關(guān)電源芯片接觸 一側(cè)設(shè)有兩個彼此隔離的凹陷，分別與兩級開關(guān) 電源芯片配合。開關(guān)電源芯片與屏蔽散熱器之間設(shè)有銦箔，可進(jìn)一步提高 接觸熱導(dǎo)率。屏蔽散熱器具體采用鋁做為散熱材料，采用黃銅做為高電導(dǎo) 率材料，釆用坡莫合金作為高磁導(dǎo)率材料。
和負(fù)載正線RL+的連線盡可能短和粗，降低由此產(chǎn)生的共模噪聲，采用緊 固件連接，緊固件采用黃銅制做，并做表面導(dǎo)電氧化處理。
為了保證本發(fā)明電源部件中電源輸出部分的電源輸出端負(fù)線Vout -和負(fù)載負(fù)線RL-良好共線，通過螺絲緊固，并將部件的Vout-在印制板 上的銅去阻焊做表面沉金處理。當(dāng)RL從滿負(fù)載到空載快速變化時，由R1 和C5組成的緩沖器為輸出電源提供電流回路，減少由此產(chǎn)生的噪聲。輸
5出電源濾波電容采用寄生電阻值比鉭電容還低的電容Cn2,降低輸出電源 的紋波。
較高電壓與較低電流輸入本發(fā)明電源部件的電源輸入端后，經(jīng)轉(zhuǎn)換以 較低電壓與較高電流從電源輸出端輸出，并通過電源接口連接至微波固態(tài) 功放組件(負(fù)載)。
本發(fā)明電源部件中的屏蔽散熱器屏蔽電源轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生的噪聲，并實 現(xiàn)良好的散熱能力。電源部件的正線輸出連"^妄器減少因電源部件輸出電源 和負(fù)載之間的連接產(chǎn)生的共模噪聲。本發(fā)明的多種抑制噪聲方式，處處抑 制噪聲，電源部件具有輸入范圍寬、功率密度高、轉(zhuǎn)換效率高、電流大、 輸出噪聲低、體積小、重量輕的優(yōu)點。


圖l是本發(fā)明電源部件的原理示意圖2是本發(fā)明電源部件的屏蔽散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖3本發(fā)明電源部件的屏蔽散熱器壓制疊層結(jié)構(gòu)的示意示意圖
具體實施例方式
本具體實施方式
的電源部件的輸入電壓范圍為36-75V,輸出電壓為 6V，額定輸出電流80A,輸出功率480W,輸出噪聲低于17mV，電源轉(zhuǎn) 換效率超過90% ，整個電源部件體積為80mmx 60mmx 13mm ,重量約 為137克。
本發(fā)明電源部件的電路原理如圖1，圖中
(l)部分為保護電路；(2)部分為輸入抑制噪聲部分；(3)部分為 電源轉(zhuǎn)換部分；(4)部分為電源輸出部分。
所述的保護電路為分別與電源輸入端正、負(fù)級并聯(lián)的單向擊穿二極管 Dl和單向擊穿二極管D2，單向擊穿二極管Dl和單向擊穿二極管D2之 間的正線上設(shè)有熔斷器Fl。
當(dāng)輸入電源的Vin+和Vin-反接，Dl提供反向電流Irl回路，使得If -OA,預(yù)防該部件由于輸入電源極性反接造成的損壞。當(dāng)輸入電源Vin+通過F1的一端到達(dá)輸入電源的正線，如果輸入電流超過一額定電流，F(xiàn)l 自動切斷電路，禁止$餘入電源的電流到達(dá)輸入電源的正線，預(yù)防該部件由 于輸入電源過流造成的損壞。輸入電源的正線和負(fù)線兩端并上D2，保證 在輸入電源的電壓超過一額定電壓，D2提供反向電流Ir2回路，使得If =0A,預(yù)防該部件由于輸入電源過壓造成的損壞。
所述的輸入抑制噪聲部分包括連接在正線和負(fù)線間的共模和差模抑 制裝置U1和電容C1。
共模和差模抑制裝置U1由共模和差模電感以及Y型電容組成，電容 Cl 一般可采用幾百uF的鋁電解電容。大容量的電容C1可減少輸入電源 的交流阻抗。
還可以在輸入電源正、負(fù)線兩端并上電容Cnl，對輸入電源不同頻率 的噪聲進(jìn)行濾波，減少電源部件輸入紋波，其中Cnl為由NPO、 X7R和 鋁電解三種不同材質(zhì)電容組成的電容陣列。輸入電源正負(fù)線通過輸入輸出 隔離的共模和差模抑制裝置Ul輸出提供給電源轉(zhuǎn)換模塊Ml,并將U1的 屏蔽殼連接至系統(tǒng)大地，將共模和差模噪聲泄放導(dǎo)系統(tǒng)大地。U1采用QFN 封裝器件，因為相比其他封裝的同類抑制器件，該封裝的器件從工藝上提 高共模和差模噪聲抑制性能。
所述的電源轉(zhuǎn)換部分包括電源轉(zhuǎn)換模塊Ml，共模和差模抑制裝置Ul 的正、負(fù)輸出端連接至電源轉(zhuǎn)換模塊M1的正、負(fù)輸入端，Ml的正、負(fù) 輸入端并聯(lián)有電容C2，電源轉(zhuǎn)換模塊M1的正輸入、輸出端并聯(lián)有電容 C3,電源轉(zhuǎn)換模塊M1的負(fù)輸入、輸出端并聯(lián)有電容C4。
經(jīng)過U1輸出的電源兩端Out+和Out-連接至電源轉(zhuǎn)換模塊Ml輸入 兩端，濾波電容C2放置于最靠近M1輸入兩端。采用貼裝Y型電容C3 和C4抑制電源轉(zhuǎn)換模塊Ml產(chǎn)生的共模噪聲。
所述包括與正線和負(fù)線相連的電容Cn2,電容Cn2并聯(lián)有緩沖器，所 述的緩沖器由串聯(lián)的電阻R1和電容C5組成。
為了保證電源輸出部分的電源輸出端正線Vout +和負(fù)載正線RL+的 連線盡可能短和粗，降低由此產(chǎn)生的共模噪聲，采用緊固件連接，參見圖 4，緊固件采用黃銅制做，并做表面導(dǎo)電氧化處理。
為了保證電源輸出部分的電源輸出端負(fù)線Vout -和負(fù)載負(fù)線RL-良 好共線，Vout-和RL-通過螺絲緊固，并將部件的Vout-在印制板上的銅去阻焊做表面沉金處理。
當(dāng)RL從滿負(fù)栽到空載快速變化時，由Rl和C5組成的緩沖器為輸出 電源提供電流回路，減少由此產(chǎn)生的噪聲。輸出電源濾波電容采用寄生電 阻值比鉭電容還低的電容Cn2，降低輸出電源的紋波。
本發(fā)明電源部件中的電源轉(zhuǎn)換模塊M1采用開關(guān)電源芯片提高功率密 度，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到卯％以上，但由于總功率達(dá)到480W,因此仍然需要 散熱裝置來增強散熱，
電源轉(zhuǎn)換模塊M1采用兩級開關(guān)電源芯片實現(xiàn)，第一級開關(guān)電源芯片 先將輸入電源的電壓電流轉(zhuǎn)換為一個中間電壓電流的電源，第二級開關(guān)電 源芯片將中間電壓電流的電源將轉(zhuǎn)換為輸出所需的電壓電流的電源。
由開關(guān)電源芯片的開關(guān)頻率產(chǎn)生的電感性噪聲可采用高電導(dǎo)率的材 料制作的屏蔽裝置來實現(xiàn)抑制，該噪聲磁通使屏蔽殼內(nèi)腔產(chǎn)生渦流電流， 而渦流電流產(chǎn)生的磁通跟噪聲磁通方向剛好相反，從而抑制該噪聲。
參見圖2、 3，本發(fā)明采用了集散熱、屏蔽一體的屏蔽散熱器，屏蔽散 熱器由散熱材料、高電導(dǎo)率材料和經(jīng)過層壓制成。高磁導(dǎo)率材料側(cè)與電源 轉(zhuǎn)換模塊的開關(guān)電源芯片接觸。
圖2中(a)為主視圖，圖中部可見兩個與兩級開關(guān)電源芯片配合的 凹陷；(b)為左^L圖；(c)為后3見電源轉(zhuǎn)換模塊M1的兩級開關(guān)電源芯片的開關(guān)頻率互不相同，為了相 互抑制由這兩個開關(guān)頻率產(chǎn)生的噪聲，在屏蔽散熱器與開關(guān)電源芯片接觸 一側(cè)設(shè)有兩個彼此隔離的凹陷，分別與兩級開關(guān)電源芯片配合。
開關(guān)電源芯片與屏蔽散熱器之間設(shè)有銦箔，可進(jìn)一步提高接觸熱導(dǎo)率。
屏蔽散熱器具體采用鋁做為散熱材料，采用黃銅做為高電導(dǎo)率材料，
采用坡莫合金作為高磁導(dǎo)率材料。
屏蔽散熱器加工時必須保證在渦流電流的垂直方向上沒有縫隙。 屏蔽散熱器的散熱材料表面黑色陽極氧化，可提高模塊外表面的紅外
發(fā)射率，改善模塊與外部環(huán)境的輻射熱阻，并開槽增加有效散熱面積，提
高表面換熱能力，并將屏蔽散熱器的緊固件連接至系統(tǒng)大地，提供噪聲泄
放通路。
通過安捷倫頻譜儀E4447A測試，屏蔽散熱器安裝后，在0 lGHz帶
8寬內(nèi)，相比安裝前噪聲最大衰減了 30dBc，最小衰減了 20dBc。將數(shù)字點 溫計的探頭安置在開關(guān)電源芯片表面，在室溫情況下，不安裝屏蔽散熱器， 滿負(fù)載工作2分鐘，數(shù)字點溫計顯示溫度已達(dá)到在12(TC;安裝屏蔽散熱 器，滿負(fù)載連續(xù)工作IO小時，數(shù)字點溫計顯示溫度一直維持在ll(TC以下。
權(quán)利要求
1、一種高功率密度低噪聲的電源部件，包括通過正線和負(fù)線相連的電源輸入端和電源輸出端，其特征在于所述的電源輸入端和電源輸出端之間依次設(shè)有保護電路、輸入抑制噪聲部分、電源轉(zhuǎn)換部分和電源輸出部分；所述的保護電路包括分別與電源輸入端正、負(fù)級并聯(lián)的單向擊穿二極管D1和單向擊穿二極管D2，單向擊穿二極管D1和單向擊穿二極管D2之間的正線上設(shè)有熔斷器F1；所述的輸入抑制噪聲部分包括連接在正線和負(fù)線間的共模和差模抑制裝置U1和電容C1；所述的電源轉(zhuǎn)換部分包括電源轉(zhuǎn)換模塊M1，共模和差模抑制裝置U1的正、負(fù)輸出端連接至電源轉(zhuǎn)換模塊M1的正、負(fù)輸入端，M1的正、負(fù)輸入端并聯(lián)有電容C2，電源轉(zhuǎn)換模塊M1的正輸入、正輸出端并聯(lián)有電容C3，電源轉(zhuǎn)換模塊M1的負(fù)輸入、負(fù)輸出端并聯(lián)有電容C4；所述電源輸出部分包括與正線和負(fù)線相連的電容Cn2，電容Cn2并聯(lián)有緩沖器，所述的緩沖器由串聯(lián)的電阻R1和電容C5組成。
2、 如權(quán)利要求1所述的電源部件，其特征在于所述的電源轉(zhuǎn)換模 塊M1采用兩級開關(guān)電源芯片實現(xiàn)，第一級開關(guān)電源芯片先將輸入電源的 電壓電流轉(zhuǎn)換為一個中間電壓電流的電源，第二級開關(guān)電源芯片將中間電 壓電流的電源將轉(zhuǎn)換為輸出所需的電壓電流的電源。
3、 如權(quán)利要求2所述的電源部件，其特征在于所述的電源轉(zhuǎn)換模 塊M1上設(shè)有屏蔽散熱器。
4、 如權(quán)利要求3所述的電源部件，其特征在于所述的屏蔽散熱器 由散熱材料、高電導(dǎo)率材料和高磁導(dǎo)率材料經(jīng)過層壓制成，高磁導(dǎo)率材料 層與電源轉(zhuǎn)換模塊的開關(guān)電源芯片接觸。
5、 如權(quán)利要求4所述的電源部件，其特征在于所述的屏蔽散熱器與開關(guān)電源芯片接觸 一側(cè)設(shè)有兩個彼此隔離的凹陷，分別與兩級開關(guān)電源 芯片配合，開關(guān)電源芯片與屏蔽散熱器之間設(shè)有銦箔。
6、如權(quán)利要求4所述的電源部件，其特征在于所述的屏蔽散熱器 釆用鋁做為散熱材料，采用黃銅做為高電導(dǎo)率材料，采用坡莫合金作為高 磁導(dǎo)率材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高功率密度低噪聲的電源部件，包括通過正線和負(fù)線相連的電源輸入端和電源輸出端，所述的電源輸入端和電源輸出端之間依次設(shè)有保護電路、輸入抑制噪聲部分、電源轉(zhuǎn)換部分和電源輸出部分。本發(fā)明電源部件中的屏蔽散熱器屏蔽電源轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生的噪聲，并實現(xiàn)良好的散熱能力。電源部件的正線輸出連接器減少因電源部件輸出電源和負(fù)載之間的連接產(chǎn)生的共模噪聲。本發(fā)明的多種抑制噪聲方式，處處抑制噪聲，電源部件具有輸入范圍寬、功率密度高、轉(zhuǎn)換效率高、電流大、輸出噪聲低、體積小、重量輕的優(yōu)點。
文檔編號H05K7/20GK101557163SQ20081000759
公開日2009年10月14日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者超 王, 陳宏欽 申請人:浙江中微科電子集成技術(shù)工程有限公司