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从5个方面全面学习电源模块

作者:广州市爱浦电子来源:网络 日期:2017年8月7日 10:41
1、电源模块的作用
        隔离、保护(短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护、其它保护、)电压交换、稳压、降噪等功能。尽管每个电源模块的负载电流突然减小,系统的输出功率都不会因此而受到任何影响。
        电源模块带电插入时,在所有输入和输出端都接通以前,变换器暂时维持关断状态。否则在热插拔时,连接器接触点无规律的通断都有可能损坏变换器模块,严重时甚至是损坏整个系统。
  
2、电源模块的使用特性
        集成芯片控制的AC/DC转变器,拥有优秀的屏掉抗干扰特性及电磁兼容性,脚位使用5PIN、24PIN等双列直插,金属紫铜和高阻燃塑胶外壳封装,无需外接任何外围元件即可运作。
        电源模块适用于各种模拟电路、A/D转变、各类放大器及高精度测量仪器设备中,其外壳为铝合金材质的散热器。电源模块的使用性能。
  
3、电源模块虚拟测试系统组成
        随着虚拟仪器技术和计算机测试技术的发展,使在传统的电源测试领域引入计算机虚拟测试技术成为可能。我们根据市场的需求,设计了新型的电源测试仪器,它使用以数字调整和计算机分析为主的虚拟测量方法,替代原来的模拟测量方式,实现了准确、快速地测量电源产品的各项性能指标,并能做出各种数据统计和分析。
        系统组成和功能
        根据测试要求,系统由计算机主机、数据采集和控制卡、程控交流源、程控直流源、4电子负载、电源测试盒和一些附属电组成。系统可以测试电源模块的输出电压、源效应(电压调整率)、负载效应(电流调整率)、效率、纹波,还可以测试模块是否具有过流和短的功能。系统可以创建电源模块数据库,可以存储模块数据,可以进行模块删除,并可以对测试数据进行统计、对测试数据报表进行打印。系统还具有双通道测试夹具以提高测试速度。
  
4、AC-DC电源模块的灌封
        AC-DC电源模块的灌封是很重要的,这一工艺不仅涉及到AC-DC电源模块的防护,(防水,防潮,防尘,防腐蚀等),还涉及到AC-DC电源模块的热设计.
        电源模块灌封材料常用的分为三大类:环氧树脂、聚胺脂和硅橡胶
        环氧树脂由于硬度的原因不能用于应力敏感和含有贴片元件的模块灌封,在模块电源中基本被淘汰。但由于成本低,这种环氧树脂还在对成本要求较高的微功率电源上应用。国内一些不良电源厂商,也将这种环氧树脂用于 AC-DC电源模块.,但由于应力问题,这种电源故障率非常高,采购者苦不堪言。
        现在在电源模块灌封时用的最多的是用加成型硅胶来灌封,这种硅胶一般是是1:1的配比,方便操作,设计为AC-DC电源模块灌封时要注意其导热系数.不过粘接能力不太强,可以使用底涂来改善.
        聚胺脂在国内应用过一段时间,但于其硬度高,不方便维修,加之硅橡胶降价因素,聚胺脂的性价比不高。国内基本上不见其应用了。
        需要特别注意与热设计有关的导热系数,我们一般把导热系数为0.5W/M·K的定义为高导热,大于1的定义为极高导热。
  
5、电源模块选购指南
        电源模块选择需要考虑的几个方面:额定功率、封装形式、温度范围与降额使用、隔离电压、功耗和效率
        1、额定功率
        一般建议实际使用功率是模块电源额定功率的30~80%为宜(具体比例大小还与其他因素有关,后面将会提到。),这个功率范围内模块电源各方面性能发挥都比较充分而且稳定可靠。所有模块电源均有一定的过载能力,但是仍不建议长时间工作在过载条件下,毕竟这是一种短时应急之计。
        二是根据温度范围来选,如果由于成本考虑选择了较小温度范围的产品,但有时也有温度逼近极限的情况,怎么办呢?降额使用。即选择功率或封装更大一些的产品,这样“大马拉小车”,温升要低一些,能够从一定程度上缓解这一矛盾。应折衷考虑。
        商品级(0 ℃ 到+70 ℃)
        工业级(-40 ℃ 到+85 ℃)
        军用级(-55 ℃到+125 ℃)
        2、封装形式
        DC/DC变换器的外形尺寸和输出形式差异很大。小功率产品采用密封外壳,外形十分纤小;大功率产品常采用quarter-brick 或half-brick的形式,电路或暴露,或以外壳包裹。在选择时,需要注意以下两个方面:第一,引脚是否在同一平面上;第二,是否便于焊接。SMT形式的变换器必须要符合IEC191-6:1990标准的要求,该标准对SMT器件引脚的电池共面问题做出了严格限定。如果变换器不能满足这个要求,就需要为其设计专门的焊接装配工艺,这会增加装配时间,提高生产成本。
        模块电源的封装形式多种多样,符合国际标准的也有,非标准的也有,就同一公司产品而言,相同功率产品有不同封装,相同封装有不同功率,那么怎么选择封装形式呢?主要有三个方面:① 一定功率条件下体积要尽量小,这样才能给系统其他部分更多空间更多功能;② 尽量选择符合国际标准封装的产品,因为兼容性较好,不局限于一两个供货厂家;③ 应具有可扩展性,便于系统扩容和升级。全部符合国际标准,为业界广泛采用的半砖、全砖封装,与VICOR、 LAMBDA等着名品牌完全兼容,并且半砖产品功率范围覆盖50~200W,全砖产品覆盖100~300W。
        3、 温度范围与降额使用
        一般厂家的模块电源都有几个温度范围产品可供选用:商品级、工业级、军用级等,在选择模块电源时一定要考虑实际需要的工作温度范围,因为温度等级不同材料和制造工艺不同价格就相差很大,选择不当还会影响使用,因此不得不慎重考虑。可以有两种选择方法:一是根据使用功率和封装形式选择,如果在体积(封装形式)一定的条件下实际使用功率已经接近额定功率,那么模块标称的温度范围就必须严格满足实际需要甚至略有裕量。
        DC/DC的意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换),只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器。具体是指通过自激振荡电路把输入的直流电转变为交流电,再通过变压器改变电压之后再转换为直流电输出,或者通过倍压整流电路将交流电转换为高压直流电输出。
        DC/DC模块电源以其体积小巧、性能卓异、使用方便的显着特点,在通信、网络、工控、铁路、军事等领域日益得到广泛的应用。怎样正确合理地选用DC/DC模块电源呢,笔者将从DC/DC模块电源开发设计的角度,谈一谈这方面的问题,以供广大系统设计人员参考。
        4、变频与定频
        和所有开关型器件一样,DC/DC变换器在工作时会产生噪声,因此滤波性能的好坏也是重要的选型依据。集成化的DC/DC变换器通常采用的是变频开关技术或是定频开关技术。而定频开关变换器在这方面则简便许多,甚至可以使用LC滤波器。
        5、工作频率
        一般而言工作频率越高,输出纹波噪声就更小,电源动态响应也更好,但是对元器件特别是磁性材料的要求也越高,成本会有增加,所以国内模块电池人才电源产品开关频率多为在300kHz以下,甚至有的只有100kHz左右,这样就难以满足负载变条件下动态响应的要求,因此高要求场合应用要考虑采用高开关频率的产品。另外一方面当模块电源开关频率接近信号工作频率时容易引起差拍振荡,选用时也要考虑到这一点。
        6、隔离度
        绝大多数的电路都必须实现隔离,即将负载连同负载对本地电源的噪声与电网的其他负载和噪声隔开。只有隔离变换器能够达到这个要求。采用隔离变换器除了实现上述要求之外,还可以实现差分形式的输出,以及双极型输出。此外,将隔离型变换器的输出高压端与负载的电源地相连,就形成了负电源。由于电压参考点不是地,因此负载可以获得更高的电压。在一定时限内(通常是1秒)变换器所能承受的、施加在输入端和输出端之间的最高电压,称为变换器的隔离强度。因此,设计低噪声电源时,应该选择隔离强度高而隔离电容低的DC/DC变换器,以减小泄漏电流。
  通常在医疗设备里需要很高的隔离电压,这样的话,漏电流就小,对身体的危害就小。一般场合使用对模块电源隔离电压要求不是很高,但是更高的隔离电压可以保证模块电源具有更小的漏电流,更高的安全性和可靠性,并且EMC特性也更好一些,因此目前业界普遍的隔离电压水平为1500VDC以上。
        7、功耗和效率
        根据公式,其中Pin、Pout、P耗分别为模块电源输入、输出功率和自身功率损耗。由此可以看出,输出功率一定条件下,模块损耗P耗越小,则效率越高,温升就低,寿命更长。当然损耗越小也更符合节能的要求。
        软开关技术:为提高变换器的变换效率,各种软开关技术应用而生,具有代表性的是无源软开关技术和有源软开关技术,主要包括零电压开关/零电流开关(ZVS/ZCS)谐振、准谐振、零电压/零电流脉宽调制技术(ZVS/ZCS-PWM)以及零电压过渡/零电流过渡脉宽调制(ZVT/ZCT-PWM)技术等。采用软开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力,有助于变换器变换效率的提高。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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