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如何提升基于DC_DC模块的电源系统的可靠性

作者:广州市爱浦电子来源:网络 日期:2017年3月20日 09:25

        近年来,推出了一种可以有效的简化客户的电路设计,提升系统的可靠性和维护效率的DC-DC模块电源设计。那么,如何提升基于DC_DC模块的电源系统的可靠性呢?
        首先,我们先来学习一下DC-DC电源模块在工业领域中应用的作用。这种模块电源主要应用于分布式电源系统中,对电源系统实现隔离降低噪声、电压转换、稳压和保护的功能。DC-DC隔离模块电源的四大作用如下:

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

        2、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。

        3、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。

        4、电源需要在异常情况下,保护系统的负载和本身不坏。

        其次,我们再来学习一下电源系统应用设计的可靠性。电源本身的可靠性固然重要,但是实际上,由于电源系统工作环境的复杂性,再可靠的电源如果没有可靠的系统应用设计,最终电源还是会失效。下面介绍几种常见的电源系统应用设计的方法和注意事项。

1. 冗余设计技巧


        在可靠性要求高的场合,要求电源模块即使损坏,系统也不能断电。此时,我们可以采取冗余供电的方式来提升系统的可靠性。当一个电源模块损坏时,另外一个模块可以继续供电。  
        注意事项:D1、D2建议使用低压降的肖特基二极管,以避免二极管的压降影响后端系统的工作,并注意选取二极管的耐压值要高于输出电压。这种方法会产生额外的纹波噪声,需外接电容来减小纹波或是加滤波电路。

2. 降额设计

        众所周知,降额设计可以有效提高电源工作寿命,但是负载过轻使用,电源的性能又无法工作在最佳状态。例如,爱浦电子DC_DC模块电源建议在负载范围30%~80%内使用,此时各方面性能表现最佳。

3. 合理外围防护设计

        电源模块应用行业非常多,应用的环境要求也不近相同,因为其通用性设计,DC-DC模块电源仅能满足通用共性需求。因此当客户的应用环境要求苛刻时,需要加适当的外围电路来提升电源的可靠性。

4. 散热设计


        工业级的电源模块的损坏大约有15%是因为散热不良导致的,电源模块是朝着小型化和集成化方向发展,但是很多应用场合电源是处于密闭的环境中连续工作的,如果积热无法散出去,电源内部的器件可能因为超过热应力而损坏。通常的散热方式有自然风冷、散热片散热和加强制性散热风扇等。热设计的几点经验分享如下:
        (1) 电源模块的对流通风
        对于依靠自然对流和热辐射来散热的电源模块,周围环境一定要便于对流通风,且周围无大器件遮挡,便于空气流通。
        (2) 发热器件的放置
        如果系统中拥有多个发热源例如多个电源模块,相互之间应尽量远离,避免相互之间热辐射传递导致电源模块过热。
        (3) 合理的PCB板设计
        PCB板提供了一种散热途径,在设计时就要多考虑散热途径。例如加大主回路的铜皮面积,降低PCB板上元器件的密度等,改善模块的散热面积和散热通道,例如电源模块应尽量垂直放置如下图,可以使热量尽快向上散发;如果将DC-DC模块放在PCB的底部,则向上散发的热量会被PCB阻挡,导致产品积热无法散发出去。
        (4) 更大封装尺寸和散热面积
        同样功率的电源,如果可能尽量选择尺寸更大的封装和散热面更大的散热器,或者使用导热胶将电源模块外壳与机壳连接。这样电源模块拥有更大的散热面积,散热会更快,内部的温度会更低,电源的可靠性自然也就越高。
        5. 匹配性设计、安规设计
        电源的输入走线尽量保持直线,避免形成环路天线吸引外界辐射干扰。同时输入线和输出线需要按照UL60950的安规要求保持合适的间距,避免耐压失效。再者,电源底板下禁止布线,特别是信号线,电源变压器的电磁线会对信号形成干扰。另外一个点需注意的是,需要关注一次电源和二次电源之间,以及电源与系统工作频率的倍频错开,避开相互之间的系统匹配性问题。

        DC_DC电源模块的可靠应用需要电源原厂提供高品质电源,同时也需要设计工程师合理的应用设计,只有从设计和应用双向考虑才能最终获得可靠的电源系统。

 

 


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