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所谓电源模块,是指可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器,其特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器 (DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。这类模块称为负载点 (POL) 电源供应系统或使用点电源供应系统 (PUPS)。由于模块式结构的优点甚多,因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。随着半导体工艺、封装技术和高频软开关的大量使用,电源模块功率密度越来越大,转换效率越来越高,应用也越来越简单。
一摸[color=#e53333]电源模块[/color]的表面,热乎乎的,模块坏了?且慢,有一点发热,仅仅只是因为它正努力地工作着。但高温对电源模块的可靠性影响极其大!基于电源模块热设计的知识,这一次,我们扒一扒引起电源模块发热的原因。电源模块在电压转换过程中有能量损耗,产生热能导致模块发热,降低电源的转换效率,影响电源模块正常工作,并且可能会影响周围其他器件的性能,这种情况需要马上排查。但什么情况下会造成电源模块发热严重呢?具体原因如下所示:[url=http://www.861718.com/]了解更多请前往仪商网www.861718.com[/url][b]一、使用的是线性电源[/b]线性电源工作原理如下图1,通过调节调整管RW改变输出电压的大小。由于调整管相当于一个电阻,电流经过电阻时会发热,导致效率不高。[align=center][img]http://www.861718.com/member/kindeditor/attached/image/20181130/20181130014438_28663.png[/img][/align][color=#3f3f3f][/color][color=#3f3f3f][/color][align=center]图1 线性电源原理图[/align]为了防止电源模块发热严重,可采取以下措施:加大散热片、实行风冷、导热材料解决(导热硅脂、导热灌封胶)、改用开关电源[b]二、[url=http://www.861718.com/jishu/search.php?kw=%E8%B4%9F%E8%BD%BD][color=#e53333]负载[/color][/url]太小[/b]电源轻载,即电源电路负载阻抗比较大,这时电源对负载的输出电流比较小。有些电源电路中不允许电源的轻载,否则会使电源电路输出的直流工作电压升高很多,造成对电源电路的损坏。一般电源模块有最小的负载限制,各厂家有所不同,普遍为10%左右。如果输出负载太轻,建议在输出端并联一个假负载电阻,如图2所示。该假负载电阻功率加上实际负载功率之和10%负载。[align=center][img]http://www.861718.com/member/kindeditor/attached/image/20181130/20181130014438_39527.png[/img][/align][align=center]图2 负载太小,并联假负载[/align][b]三、负载过流[/b]电源过载,与电源轻载情况恰好相反,就是电源电路的负载电路存在短路,使电源电路输出很大的电流,且超出了电源所能承受的范围。对于无过流保护的电源模块,输出需要稳压、过压及过流保护的最简单方法就是在输入端外接一带过流保护的线性稳压器,如图3所示。[align=center][img]http://www.861718.com/member/kindeditor/attached/image/20181130/20181130014438_84209.png[/img][/align][align=center]图3 负载过流,增加线性稳压器[/align][b]四、环境温度过高或散热不良[/b]使用模块电源前,务必考虑电源模块的温度等级和实际需要的工作温度范围。根据负载功率和实际的环境温度进行降额设计。如ZLG致远电子的P_FLS-1W,标出的降额曲线如下图4所示,从图中可明确知道,工作温度范围是-40~105℃,在高温85℃以上后,需降功率使用,在105℃时,最大的允许输出功率为0.8W。[align=center][img]http://www.861718.com/member/kindeditor/attached/image/20181130/20181130014438_96361.png[/img][/align][align=center]图4 P_FLS-1W的温度降额曲线[/align][align=center][/align]一摸[url=http://www.861718.com/zixun/search.php?kw=%E7%94%B5%E6%BA%90%E6%A8%A1%E5%9D%97][color=#e53333]电源模块[/color][/url]的表面,热乎乎的,模块坏了?且慢,有一点发热,仅仅只是因为它正努力地工作着。但高温对电源模块的可靠性影响极其大!基于电源模块热设计的知识,这一次,我们扒一扒引起电源模块发热的原因。电源模块在电压转换过程中有能量损耗,产生热能导致模块发热,降低电源的转换效率,影响电源模块正常工作,并且可能会影响周围其他器件的性能,这种情况需要马上排查。但什么情况下会造成电源模块发热严重呢?具体原因如下所示:[b]一、使用的是线性电源[/b]线性电源工作原理如下图1,通过调节调整管RW改变输出电压的大小。由于调整管相当于一个电阻,电流经过电阻时会发热,导致效率不高。[align=center][img]http://www.861718.com/member/kindeditor/attached/image/20181130/20181130014438_28663.png[/img][/align][color=#3f3f3f][/color][color=#3f3f3f][/color][align=center]图1 线性电源原理图[/align]为了防止电源模块发热严重,可采取以下措施:加大散热片、实行风冷、导热材料解决(导热硅脂、导热灌封胶)、改用开关电源[b]二、[url=http://www.861718.com/jishu/search.php?kw=%E8%B4%9F%E8%BD%BD][color=#e53333]负载[/color][/url]太小[/b]电源轻载,即电源电路负载阻抗比较大,这时电源对负载的输出电流比较小。有些电源电路中不允许电源的轻载,否则会使电源电路输出的直流工作电压升高很多,造成对电源电路的损坏。一般电源模块有最小的负载限制,各厂家有所不同,普遍为10%左右。如果输出负载太轻,建议在输出端并联一个假负载电阻,如图2所示。该假负载电阻功率加上实际负载功率之和10%负载。[align=center][img]http://www.861718.com/member/kindeditor/attached/image/20181130/20181130014438_39527.png[/img][/align][align=center]图2 负载太小,并联假负载[/align][b]三、负载过流[/b]电源过载,与电源轻载情况恰好相反,就是电源电路的负载电路存在短路,使电源电路输出很大的电流,且超出了电源所能承受的范围。对于无过流保护的电源模块,输出需要稳压、过压及过流保护的最简单方法就是在输入端外接一带过流保护的线性稳压器,如图3所示。[align=center][img]http://www.861718.com/member/kindeditor/attached/image/20181130/20181130014438_84209.png[/img][/align][align=center]图3 负载过流,增加线性稳压器[/align][b]四、环境温度过高或散热不良[/b]使用模块电源前,务必考虑电源模块的温度等级和实际需要的工作温度范围。根据负载功率和实际的环境温度进行降额设计。如ZLG致远电子的P_FLS-1W,标出的降额曲线如下图4所示,从图中可明确知道,工作温度范围是-40~105℃,在高温85℃以上后,需降功率使用,在105℃时,最大的允许输出功率为0.8W。[align=center][img]http://www.861718.com/member/kindeditor/attached/image/20181130/20181130014438_96361.png[/img][/align][align=center]图4 P_FLS-1W的温度降额曲线[/align]
[img=,690,293]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/04/201904151631503147_7986_3859729_3.png!w690x293.jpg[/img]电源模块作为现代科技赖以生存的电力来源,已经成为最为关键的元件之一,电源的可靠性在很大程度上会影响到设备的可靠性,所以电源的可靠性成了一切参数、性能保证的前提。影响电源模块的可靠性有设计思路、产品工艺、测试方法、物料、使用不当等因素。 设计思路、产品工艺、测试方法、物料这些是由电源模块生产厂家控制着,如何使用是由客户控制着。从厂家方面出发,工程师在产品的研发设计时候,应尽可能的在优化各项指标,保证产品的高可靠性。 产品工艺是指产品在制造和储存的时候,不影响产品的品质,如:电源在生产的时候不注意静电防护,可能会导致元器件的损坏率上升,从而影响电源的寿命和可靠性。储存的时候应防潮、放高低温、放静电等。 系统的测试方法可以在电源没出问题前就检查出来,防止使用过程造成对设备的影响。因为电源是一个集成电路,物料品质的高低选择也成了一个问题,好的物料自然成就了好的品质。客户使用一般是看使用环境和使用温度对产品的影响,主要还是由厂家控制着产品的温度范围。 产品可靠性测试有:1、短路测试空载短路测试(让电源从空载到短路反复测试),满载短路测试(让电源从满载到短路持续工作测试),短路开机(让电源从短路到上交电反复测试)。 2、开关机测试输入市电、过输入电压点、欠输入电压点,电源模块最大负载,合15秒断5秒持续工作。 3、输入瞬态高压测试额定电压输入,用示波器记录高压的周期数,电源满载运行,叠加电压跳变持续运行。 4、输入电源不稳定的输出动态负载测试将输入电压调整为不稳定跳变,输出调整为最大负载和空载跳变,持续运行。 5、电源波形测试模拟尖峰、毛刺、谐波等电压输入,测试电源的性能和参数,查看元器件等问答。 6、电压测试测试多种操作过电压,查看过电压对设备的影响性有哪些。 7、高低温测试因为元器件在高低温的情况下性能参数都不正常,长时间的测试可以使产品的隐患暴露出来。 8、绝缘强度测试在产品的绝缘强度基础上增大数值,持续测试,得出极限值和异常情况。 9、抗干扰测试利用EFT可抗干扰电压设为不同等级的电压,持续进行冲击性抗干扰测试。 10、输入低压测试测试电源模块持续低压输入,长时间在欠压的情况,是否影响电源的性能参数等。不同的设计和不同的使用都是会对模块的可靠性有所影响,客户不应该只关注电源的参数。高可靠性电源模块设计要点有:1、抗浪涌防护电路抗浪涌防护的电路如何设计,针对不同的应用,也许调调电阻、电感、TVS管摆放的位置,可能会造成更好的应用,和系统恰当的应用电路,才能更好的提升EMC性能,要注意俩级抗浪涌防护电路的设计,如果使用不当将会适得其反。 2、降低额度设计适当将元器件控制在使用的规定值,降低其额度可延缓退化,提高元器件可靠性而提升电源可靠性。 3、双路电源模块设计双路电源模块俩路输出要注意负载平衡,设计时要注意主辅路都是要均匀稳压输出。 4、元器件的选择不同元器件的应用会导致模块的性能也不一样,如电容的选择一般选用陶瓷或者电解电容,而钽电容虽然寿命长、耐高温、性能好,但是容易击穿电路。要注意不同的产品使用也不一样。 电源模块的可靠性可以说是电源模块厂家的实力体现,只有能研发和生产高可靠、高品质的产品厂家才能永久的壮大和发展下去。更多内容请关注嘉兆科技