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選擇DC-DC模塊電源的重要性

來源: 發(fā)布時(shí)間:2022-11-14 15:55:52 次瀏覽

一、為什么需要DC_DC模塊電源?
DC-DC隔離模塊電源主要應(yīng)用于分布式電源系統(tǒng)中,用以對電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隔離降低噪聲、電壓轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓和保護(hù)功能。使用DC-DC隔離模塊電源的四大作用如下:
其一,模塊電源采用隔離式設(shè)計(jì),可以有效的隔離來自側(cè)設(shè)備帶來的共模干擾對系統(tǒng)的影響,使負(fù)載能夠穩(wěn)定的工作。
其二,不同的負(fù)載需要不同的供電電壓,例如控制IC需要5V、3.3V、1.8V等;信號采集用的運(yùn)放則需要±15V;繼電器則需要12V,24V。而母線電壓多為24V,因此需要進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。
其三,母線電壓在長距離傳輸過程中會存在線損,故到PCB板級時(shí)電壓較低,而負(fù)載需要穩(wěn)定的電壓,因此需要寬壓輸入,穩(wěn)壓輸出。
其四,電源需要在異常情況下,保護(hù)系統(tǒng)的負(fù)載和本身不壞。
那么,如何選擇DC-DC模塊電源?
二、如何選擇高可靠性的DC-DC模塊電源
1. 采用成熟的電源拓?fù)?br /> 電源模塊的設(shè)計(jì)盡量選用成熟的電源拓?fù)?,這些拓?fù)湟呀?jīng)經(jīng)過時(shí)間的考驗(yàn),成熟可靠。例如1-2W的定壓輸入DC-DC電源模塊選擇Royer電路,而寬壓輸入系列則多選Flyback拓?fù)洌糠諪orward拓?fù)洹?br /> 2. 全負(fù)載范圍內(nèi)高效率
高效率意味著更低的功率損失和更低的溫升,可以有效提高可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中,電源都會選擇一定程度的降額設(shè)計(jì),特別是在負(fù)載IC的功耗越來越低的今天,電源大部分時(shí)候都有可能在輕載情況下工作。因此,全負(fù)載范圍內(nèi)高效率對于電源系統(tǒng)可靠性來說是非常關(guān)鍵的參數(shù),但往往被電源廠商忽略。大部分廠商為了技術(shù)手冊上的參數(shù)吸引客戶,往往將滿載效率做到較高,但在5%-50%的負(fù)載情況下效率較低。

3. 極限溫度特性
電源模塊應(yīng)用的地理區(qū)域非常寬廣,可能有熱帶的酷暑也有類似俄羅斯冬天的嚴(yán)寒。因此要求DC-DC模塊的工作溫度范圍要求為-40度~85度,如果在汽車BMS、高壓母線監(jiān)測應(yīng)用,則需要工作溫度為-40度~125度。
極限溫度試驗(yàn)是能檢驗(yàn)電源模塊可靠性的方法,例如高溫老化、高溫&低溫帶電工作性能測試、高低溫循環(huán)沖擊試驗(yàn)和長時(shí)間高溫高濕測試等。正規(guī)的電源開發(fā)都會經(jīng)過以上測試。因此,是否有此類測試設(shè)備也成為了判斷電源廠商是否為山寨廠商的依據(jù)。
4. 高隔離、低隔離電容
醫(yī)療產(chǎn)品要求極低的漏電流,電力電子產(chǎn)品需要原邊和次級之間盡量少寄生電容。這兩個(gè)行業(yè)有一個(gè)共性的需求,即要求盡量高的隔離耐壓,和盡量低的隔離電容,用以降低共模干擾對系統(tǒng)的影響。如果在醫(yī)療或電力電子應(yīng)用,1-2W DC_DC建議選取隔離電容低于10pF左右的電源模塊,寬壓產(chǎn)品則盡量選取低于150pF的電源模塊。
5. EMC特性
EMC性能是電子系統(tǒng)正常、安全工作的保證,目前電子行業(yè)對產(chǎn)品的EMC性能都提出了很高的要求,我們經(jīng)常遇到客戶抱怨因EMC處理不好導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)位重啟甚至是早期失效,因此優(yōu)良的EMC特性是電源模塊競爭力。
三、電源系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的可靠性
電源本身的可靠性固然重要,但是實(shí)際上,由于電源系統(tǒng)工作環(huán)境的復(fù)雜性,再可靠的電源如果沒有可靠的系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì),終電源還是會失效。下面介紹幾種常見的電源系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的方法和注意事項(xiàng)。 

2. 降額設(shè)計(jì)
眾所周知,降額設(shè)計(jì)可以有效提高電源工作壽命,但是負(fù)載過輕使用,電源的性能又無法工作在狀態(tài)。 例如,金升陽DC_DC模塊電源建議在負(fù)載范圍30%~80%內(nèi)使用,此時(shí)各方面性能表現(xiàn)。
3. 合理外圍防護(hù)設(shè)計(jì)
電源模塊應(yīng)用行業(yè)非常多,應(yīng)用的環(huán)境要求也不近相同,因?yàn)槠渫ㄓ眯栽O(shè)計(jì),DC-DC模塊電源僅能滿足通用共性需求。因此當(dāng)客戶的應(yīng)用環(huán)境要求苛刻時(shí),需要加適當(dāng)?shù)耐鈬娐穪硖嵘娫吹目煽啃浴?br /> 單獨(dú)模塊只能通過EN50155 1.4倍輸入電壓Vin的1S測試,但因?yàn)轶w積原因沒有辦法通過RIA12的標(biāo)準(zhǔn),通過添加外圍電路就能通過RIA12要求的3.5Vin/20mS的等測試要求。 因而合理的外圍電路設(shè)計(jì)可以使模塊滿足更高等級的技術(shù)規(guī)格,使之適應(yīng)更惡劣的應(yīng)用環(huán)境,提升電源模塊的可靠性。
4. 散熱設(shè)計(jì)
工業(yè)級的電源模塊的損壞大約有15%是因?yàn)樯岵涣紝?dǎo)致的,電源模塊是朝著小型化和集成化方向發(fā)展,但是很多應(yīng)用場合電源是處于密閉的環(huán)境中連續(xù)工作的,如果積熱無法散出去,電源內(nèi)部的器件可能因?yàn)槌^熱應(yīng)力而損壞。通常的散熱方式有自然風(fēng)冷、散熱片散熱和加強(qiáng)制性散熱風(fēng)扇等。熱設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)分享如下:
(1) 電源模塊的對流通風(fēng)
對于依靠自然對流和熱輻射來散熱的電源模塊,周圍環(huán)境一定要便于對流通風(fēng),且周圍無大器件遮擋,便于空氣流通。
(2) 發(fā)熱器件的放置
如果系統(tǒng)中擁有多個(gè)發(fā)熱源例如多個(gè)電源模塊,相互之間應(yīng)盡量遠(yuǎn)離,避免相互之間熱輻射傳遞導(dǎo)致電源模塊過熱。
(3) 合理的PCB板設(shè)計(jì)
PCB板提供了一種散熱途徑,在設(shè)計(jì)時(shí)就要多考慮散熱途徑。例如加大主回路的銅皮面積,降低PCB板上元器件的密度等,改善模塊的散熱面積和散熱通道,可以使熱量盡快向上散發(fā);如果將DC-DC模塊放在PCB的底部,則向上散發(fā)的熱量會被PCB阻擋,導(dǎo)致產(chǎn)品積熱無法散發(fā)出去。
(4) 更大封裝尺寸和散熱面積
同樣功率的電源,如果可能盡量選擇尺寸更大的封裝和散熱面更大的散熱器,或者使用導(dǎo)熱膠將電源模塊外殼與機(jī)殼連接。這樣電源模塊擁有更大的散熱面積,散熱會更快,內(nèi)部的溫度會更低,電源的可靠性自然也就越高。
5. 匹配性設(shè)計(jì)、安規(guī)設(shè)計(jì)
電源的輸入走線盡量保持直線,避免形成環(huán)路天線吸引外界輻射干擾。同時(shí)輸入線和輸出線需要按照UL60950的安規(guī)要求保持合適的間距,避免耐壓失效。再者,電源底板下禁止布線,特別是信號線,電源變壓器的電磁線會對信號形成干擾。
另外一個(gè)設(shè)計(jì)師需注意的是,需要關(guān)注電源和二次電源之間,以及電源與系統(tǒng)工作頻率的倍頻錯(cuò)開,避開相互之間的系統(tǒng)匹配性問題。
五、小結(jié)
DC_DC電源模塊的可靠應(yīng)用需要電源原廠提供高品質(zhì)電源,同時(shí)也需要設(shè)計(jì)工程師合理的應(yīng)用設(shè)計(jì),只有從設(shè)計(jì)和應(yīng)用雙向考慮才能終獲得可靠的電源系統(tǒng)。

 

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