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电源模块的应用设计和品质同样重要

导读: DC-DC模块电源越来越多地应用于通信、工业自动化、电力控制、轨道交通、矿业、军工等行业。模块化的设计可以有效简化客户的电路设计,提升系统的可靠性和维护效率。那么,如何提升基于DC-DC模块的电源系统的可靠性?本文就这个主题作简要分析与探讨。

  DC-DC模块电源越来越多地应用于通信、工业自动化、电力控制、轨道交通、矿业、军工等行业。模块化的设计可以有效简化客户的电路设计,提升系统的可靠性和维护效率。那么,如何提升基于DC-DC模块的电源系统的可靠性?本文就这个主题作简要分析与探讨。

  为什么需要DC-DC模块电源?

  DC-DC隔离模块电源主要应用于分布式电源系统中,用以对电源系统实现隔离降低噪声、电压转换、稳压和保护功能。使用DC-DC隔离模块电源的作用如下:

  第一,模块电源采用隔离式设计,可以有效隔离来自一次侧设备带来的共模干扰对系统的影响,使负载能够稳定工作。

  第二,不同的负载需要不同的供电电压,例如控制IC需要5V、3.3V、1.8V等;信号采集用的运放则需要±15V;继电器则需要12V、24V;而母线电压多为24V,因此需要进行电压转换。

  第三,母线电压在长距离传输过程中会存在线损,故到PCB板级时电压较低,而负载需要稳定的电压,因此需要宽压输入,稳压输出。

  第四,电源需要在异常情况下,保护系统的负载和本身不坏。

  如何选择高可靠性的DC-DC模块电源

  采用成熟的电源拓扑

  电源模块的设计尽量选用成熟的电源拓扑。例如1W~2W的定压输入DC-DC电源模块选择Royer电路,而宽压输入系列则多选Flyback拓扑,部分选Forward拓扑。

  全负载范围内高效率

  高效率意味着更低的功率损失和更低的温升,可以有效提高可靠性。在实际应用中,电源都会选择一定程度的降额设计,特别是在负载IC的功耗越来越低的今天,电源大部分时候都有可能在轻载情况下工作。因此,全负载范围内高效率对于电源系统可靠性来说是非常关键的参数,但往往被电源厂商忽略。大部分厂商为了技术手册上的参数吸引客户,往往将满载效率做到较高,但在5%~50%的负载情况下效率较低。

  以金升阳的15W DC-DC模块电源VRB2412LD-15WR2为例,VRB2412LD-15WR2在额定电压24V输入时轻载10%的效率比主流同行水平高出15%,如图1和图2所示。

电源模块的应用设计和品质同样重要

图1:某主流品牌电源效率曲线图。

电源模块的应用设计和品质同样重要

图2:金升阳VRB2412LD-15WR2效率曲线图。

  通过效率的提升也可以有效降低产品的外壳温升,VRB2412LD-15WR2在实际负载工作时的温升要低13.8℃。

  极限温度特性

  电源模块应用的地理区域非常宽广,可能有热带的酷暑,也有类似俄罗斯冬天的严寒。因此要求DC-DC模块的工作温度范围最低要求为-40℃~85℃,也有做到更好的,例如金升阳的定压R2代1W~2W工作温度可做到-40℃~105℃。如果在汽车BMS、高压母线监测应用,则需要工作温度为-40℃~125℃,金升阳的CF0505XT-1WR2工作温度可做到125℃。

  极限温度试验是最能检验电源模块可靠性的方法,例如高温老化、高温&低温带电工作性能测试、高低温循环冲击试验和长时间高温高湿测试等。正规的电源开发都会经过以上测试。因此,是否有此类测试设备也成为了判断电源厂商是否为山寨厂商的依据。

  高隔离、低隔离电容

  医疗产品要求极低的漏电流,电力电子产品需要原边和次级之间尽量少寄生电容。这两个行业有一个共性的需求,即要求尽量高的隔离耐压和尽量低的隔离电容,用以降低共模干扰对系统的影响。如果在医疗或电力电子领域应用,1W~2W DC-DC建议选取隔离电容低于10pF的电源模块,宽压产品则尽量选取低于150pF的电源模块。

  EMC特性

  EMC性能是电子系统正常、安全工作的保证,目前电子行业对产品的EMC性能都提出了很高的要求,客户经常抱怨因EMC处理不好导致系统的复位重启甚至是早期失效,因此优良的EMC特性是电源模块核心竞争力。

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