1、文檔編號(hào)文檔分類產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)告版本密級(jí)電源模塊設(shè)計(jì)報(bào)告擬制：日期：審核：日期：批準(zhǔn)：日期：修訂歷史記錄日期版本說明作者目 錄 TOC o HYPERLINK l _Toc417292732 1項(xiàng)目概述 PAGEREF _Toc417292732 h * Arabic 4 HYPERLINK l _Toc417292733 2技術(shù)參數(shù)要求 PAGEREF _Toc417292733 h * Arabic 4 HYPERLINK l _Toc417292734 3總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292734 h * Arabic 5 HYPERLINK l _Toc417292735 3.1

2、總體設(shè)計(jì)原理框圖 PAGEREF _Toc417292735 h * Arabic 5 HYPERLINK l _Toc417292736 3.2濾波電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292736 h * Arabic 5 HYPERLINK l _Toc417292737 3.3DC/DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292737 h * Arabic 6 HYPERLINK l _Toc417292738 3.4輸出電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292738 h * Arabic 7 HYPERLINK l _Toc417292739 +5V輸出設(shè)計(jì) PAGE

3、REF _Toc417292739 h * Arabic 7 HYPERLINK l _Toc417292740 +12V輸出設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292740 h * Arabic 9 HYPERLINK l _Toc417292741 -12V設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292741 h * Arabic 11 HYPERLINK l _Toc417292742 3.5檢測(cè)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292742 h * Arabic 12 HYPERLINK l _Toc417292743 3.6可靠性設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292743 h

4、 * Arabic 13 HYPERLINK l _Toc417292744 過溫保護(hù) PAGEREF _Toc417292744 h * Arabic 13 HYPERLINK l _Toc417292745 降額設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292745 h * Arabic 14 HYPERLINK l _Toc417292746 PCB設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292746 h * Arabic 14 HYPERLINK l _Toc417292747 熱設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc417292747 h * Arabic 15 HYPERLINK l _Toc417

5、292748 3.7接口描述及接口定義 PAGEREF _Toc417292748 h * Arabic 16 HYPERLINK l _Toc417292749 3.8結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc417292749 h * Arabic 21 HYPERLINK l _Toc417292750 4風(fēng)險(xiǎn)分析 PAGEREF _Toc417292750 h * Arabic 21 HYPERLINK l _Toc417292751 4.1技術(shù)風(fēng)險(xiǎn) PAGEREF _Toc417292751 h * Arabic 21 HYPERLINK l _Toc417292752 4.2進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)

6、 PAGEREF _Toc417292752 h * Arabic 21 HYPERLINK l _Toc417292753 5人力資源配置 PAGEREF _Toc417292753 h * Arabic 21 HYPERLINK l _Toc417292754 6總結(jié) PAGEREF _Toc417292754 h * Arabic 22電源模塊設(shè)計(jì)報(bào)告項(xiàng)目概述本電源模塊應(yīng)用于XXX通信設(shè)備中，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)一次電源的濾波和穩(wěn)壓處理，同時(shí)將輸入的一次電源轉(zhuǎn)換為XXX通信設(shè)備中各模塊所使用的二次電源。技術(shù)參數(shù)要求電源模塊在產(chǎn)品交付驗(yàn)收時(shí)和在各階段測(cè)試期間的初始加電狀態(tài)應(yīng)是明確的，并具有合理性、安

7、全性、一致性和可重復(fù)性；一次電源接口DC 18-36V，電源模塊保證在一次電源輸入的電壓范圍內(nèi)（18-36V）正常工作，一次電源電流5.5A；電源模塊共輸出9路二次電源，具體要求如下表所示：表 SEQ 表 * Arabic 1：電源模塊輸出電壓要求序號(hào)電壓電流輸出模塊輸入模塊備注128V3A電源模塊C波段PA模塊212V1.5A電源模塊3-12V0.2A電源模塊428V0.4A電源模塊U波段PA模塊55V1.5A電源模塊65V65mA電源模塊C波段LNA75V60mA電源模塊U波段LNA85V3.6A電源模塊數(shù)字基帶電源模塊與一次電源的供電接口有故障隔離措施，當(dāng)機(jī)載通信設(shè)備短路時(shí)不影響一次電源

8、的正常工作；要求電源模塊的DC/DC轉(zhuǎn)換效率不低于85%；將C波段PA模塊功率遙測(cè)、溫度遙測(cè)，U波段PA模塊功率遙測(cè)及電源模塊本身的電壓遙測(cè)(0+5V)、溫度遙測(cè)(0+5V)送數(shù)字基帶模塊采集，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)來自數(shù)字基帶模塊對(duì)C波段PA模塊的控制指令；電源模塊尺寸要求：130mm80mm30mm；重量要求：300g（不含結(jié)構(gòu)重量）；工作溫度要求：-4060。總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)原理框圖電源模塊主要是將外部送入的28V一次電源轉(zhuǎn)換為其他模塊所使用的各檔供電電壓，并執(zhí)行相應(yīng)的模擬遙測(cè)功能，如下圖所示。圖 SEQ 圖 * Arabic 1：電源模塊組成框圖詳細(xì)原理圖設(shè)計(jì)濾波電路設(shè)計(jì)開關(guān)電源電磁干擾濾波器用在一

9、次電源和DC/DC轉(zhuǎn)換電路之間，它具有雙向抑制性能，相當(dāng)于這二者之間的EMI噪聲之間加上一個(gè)阻斷屏障。日本Murata公司的NFM31穿心電容利用陶瓷工藝和獨(dú)創(chuàng)材料，對(duì)噪聲和EMI有很好的抑制作用。等效電路如下圖：圖 SEQ 圖 * Arabic 2：NFM31穿心電容等效電路圖 SEQ 圖 * Arabic 3 ：NFM31穿心電容插入損耗特性圖圖 SEQ 圖 * Arabic 4：濾波電路原理圖DC/DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)VICOR公司是美國(guó)著名的開關(guān)電源生產(chǎn)廠商，其標(biāo)志產(chǎn)品是DC/DC轉(zhuǎn)換器，以高的功率密度（24.8W/cm3）和高效率著稱，廣泛用于航空航天領(lǐng)域。VICOR模塊區(qū)別于通常產(chǎn)品之

10、處主要是它使用了軟開關(guān)的ZCS技術(shù)，通常的硬開關(guān)斬波器波形近似為矩形波，即強(qiáng)迫開關(guān)器件在電壓不為零時(shí)開通，電流不為零時(shí)關(guān)斷，這樣在矩形波的邊沿就會(huì)因寄生參數(shù)而產(chǎn)生高頻振蕩，導(dǎo)致開關(guān)損耗增大，頻率越高，開關(guān)損耗越大；而VICOR模塊應(yīng)用諧振技術(shù)，使開關(guān)器件中的電流波形近似于半周期的正弦信號(hào)，這樣開關(guān)的導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)刻都對(duì)應(yīng)零輸入電流（即開關(guān)管電流），從而即使開關(guān)頻率超過1MHz，開關(guān)損耗也只占極小的百分比。高的開關(guān)頻率、低的開關(guān)損耗便產(chǎn)生了一系列優(yōu)點(diǎn)：功率密度高、傳導(dǎo)和輻射噪聲小、響應(yīng)快、轉(zhuǎn)換效率高等。DC/DC轉(zhuǎn)換+28V輸出電路采用VICOR公司的PRM預(yù)穩(wěn)壓模塊+VTM電壓隔離轉(zhuǎn)換模塊方案，

11、該方案效率高達(dá)95%以上，當(dāng)輸入電壓在+18V+36V之間波動(dòng)時(shí)，保證+28V的穩(wěn)定輸出；同時(shí)VTM模塊具有隔離功能，當(dāng)輸出電源負(fù)載發(fā)生故障時(shí)，不影響一次電源的正常工作。應(yīng)用電路如下圖：圖 SEQ 圖 * Arabic 5：DC/DC轉(zhuǎn)換原理圖輸出電路設(shè)計(jì)+5V輸出設(shè)計(jì)采用VICOR公司PI3109-01-HVIZ電源管理芯片，應(yīng)用電路如下圖。圖 SEQ 圖 * Arabic 6：+5V應(yīng)用電路+5V濾波解決方案圖 SEQ 圖 * Arabic 7：+5V濾波應(yīng)用電路圖 SEQ 圖 * Arabic 8：PI3109-00/-01 Minimal Differential Ripple Att

12、enuation Results圖 SEQ 圖 * Arabic 9：PI3109-00/-01 Green=Post Filter 1mV p/p, Red= Prefilter+12V輸出設(shè)計(jì)采用VICOR公司的PI3106-01-HVIZ電源管理芯片，應(yīng)用電路如下圖。圖 SEQ 圖 * Arabic 10：+12V應(yīng)用電路+12V濾波解決方案圖 SEQ 圖 * Arabic 11：+12V濾波應(yīng)用電路圖 SEQ 圖 * Arabic 12：PI3106-00/-01/3111-00/01/3105-00/01 Minimal Differential Ripple Attenuation

13、圖 SEQ 圖 * Arabic 13：PI3106-00-HVMZ Simulated Ripple4.2A loadRed=V prefilterGreen=V post filterIs below 1mV p/p-12V設(shè)計(jì)采用美國(guó)TI公司的TPS63700，TPS63700是一款DC反向變換器，輸入+2.7V+5.5V,輸出最低可調(diào)節(jié)到-15V，負(fù)載電流達(dá)360mA,高達(dá)84%的效率，工作溫度-40+85，滿足設(shè)計(jì)所需要，應(yīng)用電路如下圖：圖 SEQ 圖 * Arabic 14：-12V輸出應(yīng)用電路檢測(cè)電路設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)采用MICROCHIP公司的溫度傳感器TC1047A,該器件

14、溫度檢測(cè)范圍寬（-40+125），線性好（10Mv/），是我司應(yīng)用比較成熟的一款溫度傳感器;應(yīng)用設(shè)計(jì)框圖如下：圖 SEQ 圖 * Arabic 15：溫度檢測(cè)原理框圖圖 SEQ 圖 * Arabic 16：溫度檢測(cè)器輸出電壓與溫度關(guān)系曲線可靠性設(shè)計(jì)過溫保護(hù)VICOR公司生產(chǎn)的開關(guān)電源模塊具備過溫保護(hù)功能，當(dāng)模塊本身溫度達(dá)到或超過135時(shí)，模塊自動(dòng)關(guān)機(jī)。降額設(shè)計(jì)為了保證產(chǎn)品的可靠性，在元器件選型上嚴(yán)格參照GJB/Z 35-93元器件降額準(zhǔn)則，對(duì)所選元器件進(jìn)行降額使用。主要器件降額參數(shù)降額準(zhǔn)則實(shí)際降額電源模塊功率密度W/cm27.5 W/cm215.965 W/cm2TPS63700反相器輸出電流

15、0.80.55陶瓷電容工作電壓0.50.48鋁電解電容工作電壓0.750.56PCB設(shè)計(jì)PCB線寬決定電源模塊的最大輸出電流，實(shí)際設(shè)計(jì)中我們按照所需線寬125%以上來設(shè)計(jì)；如PCB +28V輸出線寬設(shè)為2.2mm,理論值為1.7mm。PCB布線時(shí)首先要設(shè)置走線寬度，在此使用下式計(jì)算線寬與電流的關(guān)系：I=KT0.44A0.75,W=A/d式中， K修正系數(shù)，一般覆銅線在內(nèi)層時(shí)取0.024，在外層時(shí)取0.048；T最大溫升，單位為（銅的熔點(diǎn)是1060）；A敷銅截面積，單位為平方mil；I容許的最大電流，單位為安培（A）。大部分PCB的銅箔厚度為35um,即無特殊要求下d取35um，即d=0.035

16、/0.0254=1.378mil由I、K、T導(dǎo)出A，由A、d導(dǎo)出W。本電源模塊PCB選擇敷銅厚度為35um，經(jīng)計(jì)算，4A電流線寬為：10溫升、4A：4=0.048*100.44* A0.75A0.75=4/(0.048*100.44)=30.257mil2A=94.28mil2線寬=A/1.378=68.4mil=1.73736mm30溫升、4A：4=0.048*30.0.44* A0.75A0.75=4/(0.048*300.44)=18.65889mil2A=49.48965mil2線寬=A/1.378=35.9mil=0.91mm下圖是一個(gè)電流密度經(jīng)驗(yàn)值，為1525安培/平方毫米。線寬單

17、位為inch(1inch=1000mil=2.54cm=25.4mm)熱設(shè)計(jì)VICOR公司的電源模塊都是通過模塊的殼體向外散熱，為了保證電源模塊的可靠性，在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，我們將VICOR公司電源模塊布在PCB底層，讓模塊通過導(dǎo)熱紙充分和腔體鋁外殼接觸。導(dǎo)熱紙導(dǎo)熱率在300-450間，比純鋁以及純銅性能更加優(yōu)異，理論上可以使電源模塊和腔體鋁外殼之間的溫差小于5，常用厚度在0.1-0.5左右， 特點(diǎn)：導(dǎo)熱性能十分優(yōu)異使用比傳統(tǒng)材料(硅脂、硅膠片等)更加方便，性能更加優(yōu)異 絕緣 柔軟，能夠與發(fā)熱源和散熱器或外殼緊密接觸圖 17：導(dǎo)熱紙外觀熱傳導(dǎo)理論德拜公式： =(1/3) C v l 接口描述及接口

18、定義接口描述電源模塊接口包括一次電源輸入接口、二次電源輸出接口、PA模塊功率、溫度遙測(cè)轉(zhuǎn)換接口、PA模塊切換指令轉(zhuǎn)換接口、本身電壓及溫度遙測(cè)輸出接口，接口特性如下表所示：表 SEQ 表 * Arabic 2：電源模塊接口匯總表序號(hào)項(xiàng)目特性接插件形式電路圖一次電源接口(輸入接口)輸入一次電源：28V；輸入紋波： 1.5Vp-p一次電源功耗： 150W；J30J-9ZK/二次電源接口(輸出接口)輸出二次電源到C波段PA：28V；輸出紋波：100 mVp-p；二次電源功耗：84W；J30J-31ZK/二次電源接口(輸出接口)輸出二次電源到C波段PA：+12V；輸出紋波：100 mVp-p；二次電源功

19、耗：12W；J30J-31ZK/二次電源接口(輸出接口)輸出二次電源到C波段PA：-12V；輸出紋波：100 mVp-p；二次電源功耗：1W/1.6W；J30J-31ZK二次電源接口(輸出接口)輸出二次電源到U波段PA：+28V；輸出紋波：100 mVp-p；二次電源功耗：11.2W；J30J-25ZK二次電源接口(輸出接口)輸出二次電源到U波段PA：+5V；輸出紋波：100 mVp-p；二次電源功耗：7.5W；J30J-25ZK/二次電源接口(輸出接口)輸出二次電源到U波段LNA：+5V；輸出紋波：100 mVp-p；二次電源功耗：0.3W；J30J-25ZK二次電源接口(輸出接口)輸出二次

20、電源到C波段LNA：+5V；輸出紋波：100 mVp-p；二次電源功耗：0.35W；J30J-25ZK二次電源接口(輸出接口)輸出二次電源到數(shù)字基帶：+5V；輸出紋波：100 mVp-p；二次電源功耗：18W；ESQ-126-37-L-D功放溫度遙測(cè)接口（輸入輸出接口）C波段20W/1W功放經(jīng)電源模塊到數(shù)字基帶模塊1路溫度遙測(cè)（05V）。輸入：J30J-31ZK：輸出：ESQ-126-37-L-D；功放功率遙測(cè)接口（輸入輸出接口）C波段20W/1W功放經(jīng)電源模塊到數(shù)字基帶模塊1路功率遙測(cè)（05V）。輸入：J30J-31ZK：輸出：ESQ-126-37-L-D；功放功率遙測(cè)接口（輸入輸出接口）U

21、波段1W功放經(jīng)電源模塊到數(shù)字基帶模塊1路功率遙測(cè)（05V）。輸入：J30J-25ZK：輸出：ESQ-126-37-L-D；溫度遙測(cè)接口（輸出接口）電源模塊到數(shù)字基帶模塊1路溫度遙測(cè)（05V）。ESQ-126-37-L-D電壓遙測(cè)接口（輸出接口）電源模塊到數(shù)字基帶模塊1路電壓遙測(cè)（05V）。ESQ-126-37-L-D切換指令接口（輸入輸出接口）基帶模塊經(jīng)電源模塊到C波段20W/1W功放模塊1路切換指令接口。輸入：ESQ-126-37-L-D：輸出：J30J-31ZK；接口定義電源模塊接口包括X01、X02、X03、X04，接口定義如下：表 SEQ 表 * Arabic 3：X01節(jié)點(diǎn)分配（J3

22、0J-25ZK）接點(diǎn)號(hào)信號(hào)（功能）描述電壓 V 電流 A 極性備注(屏蔽/雙絞)1空2、14到U波段1W功放28V母線28V0.4+3、15到U波段1W功放28V回線GND0.4-4、16到U波段1W功放5V母線5V1.5+5、17到U波段1W功放5V回線GND1.5-6、18U波段1W功放功率遙測(cè)05V0.27、19U波段1W功放功率遙測(cè)回線GND0.2-8、20到C波段LNA5V母線5V0.0659、21到C波段LNA5V回線GND0.065-10、22到U波段LNA5V母線5V0.0611、23到U波段LNA5V回線GND0.06-12、13、24、25空表 SEQ 表 * Arabic

23、 4：X02節(jié)點(diǎn)分配（J30J-31ZK）接點(diǎn)號(hào)信號(hào)（功能）描述電壓 V 電流 A 極性備注(屏蔽/雙絞)1空2、3、4、5到C 波段20W/1W功放28V母線28V3A+17、18、19、20到C波段20W/1W功放28V回線GND3A-6、7到C波段20W/1W功放12V母線12V1.5+21、22到C波段20W/1W功放12V回線GND1.5-8、9到C波段20W/1W功放-12V母線-12V0.2+23、24到C波段20W/1W功放-12V回線GND0.2-10、11C波段20W/1W功放功率遙測(cè)05V0.225、26C波段20W/1W功放功率遙測(cè)回線GND0.2-12、13C波段20

24、W/1W功放溫度遙測(cè)5V0.227、28C波段20W/1W功放溫度遙測(cè)回線GND0.2-14、15C波段20W/1W功放切換指令發(fā)232電平0.229、30C波段20W/1W功放切換指令收232電平0.216、31C波段20W/1W功放切換指令地GND0.2-表 SEQ 表 * Arabic 5：X03節(jié)點(diǎn)分配（ESQ-126-37-L-D）接點(diǎn)號(hào)信號(hào)（功能）描述電壓 V 電流 A 極性備注(屏蔽/雙絞)1、2、3、4到基帶二次電源母線5V3.6A+5、6、7、8到基帶二次電源回線GND3.6A-9、10C波段20W/1W功放功率遙測(cè)05V0.211、12C波段20W/1W功放功率遙測(cè)回線GND0.2-13、14C波段20W/1W功放溫度遙測(cè)05V0.215、16C波段20W/1W功放溫度遙測(cè)回線GND0.2-17、