電源模塊的應(yīng)用設(shè)計和品質(zhì)同樣重要
一、序言
DC_DC模塊電源越來越多的應(yīng)用于通信、工業(yè)自動化、電力控制、軌道交通、礦業(yè)、軍工等行業(yè)。而模塊化的設(shè)計，可以有效的簡化客戶的電路設(shè)計，提升系統(tǒng)的可靠性和維護效率。那么，如何提升基于DC_DC模塊的電源系統(tǒng)的可靠性？我們大部分時候想到的是選擇一家品牌好的供應(yīng)商提供高可靠的電源模塊。然而，選擇一款高可靠的電源模塊，是否就意味著我們的電源系統(tǒng)非常可靠呢？本文就這個主題作簡要分析與探討。
二、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)實現(xiàn)隔離降低噪聲、電壓轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓和保護功能。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，可以有效的隔離來自一次側(cè)設(shè)備帶來的共模干擾對系統(tǒng)的影響，使負載能夠穩(wěn)定的工作。
其二，不同的負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板級時電壓較低，而負載需要穩(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，保護系統(tǒng)的負載和本身不壞。
那么，如何選擇DC-DC模塊電源？
三、如何選擇高可靠性的DC-DC模塊電源
1. 采用成熟的電源拓撲
電源模塊的設(shè)計盡量選用成熟的電源拓撲，這些拓撲已經(jīng)經(jīng)過時間的考驗，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拓撲，部分Forward拓撲。
2. 全負載范圍內(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。在實際應(yīng)用中，電源都會選擇一定程度的降額設(shè)計，特別是在負載IC的功耗越來越低的今天，電源大部分時候都有可能在輕載情況下工作。因此，全負載范圍內(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%的負載情況下效率較低。
以金升陽的15W DC-DC模塊電源VRB2412LD-15WR2為例，VRB2412LD-15WR2在額定電壓24V輸入時輕載10%的效率比主流同行水平高出15%，如圖1和圖2所示。
通過效率的提升也可以有效的降低產(chǎn)品的外殼溫升，VRB2412LD-15WR2在實際負載工作時的溫升要低13.8度。
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寒。因此要求DC-DC模塊的工作溫度范圍最低要求為-40度~85度，也有做到更好的，例如金升陽的定壓R2代1-2W工作溫度可以做到-40度~105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，目前業(yè)界DC-DC模塊只有金升陽的CF0505XT-1WR2的產(chǎn)品工作溫度可以做到125度。
極限溫度試驗是最能檢驗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)沖擊試驗和長時間高溫高濕測試等。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。這兩個行業(yè)有一個共性的需求，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。
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