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电源模块可靠性测试

技术中心

Technology

电源模块可靠性测试

分类:
电源技术
作者:
广州市爱浦电子科技有限公司
来源:
原创
发布时间:
2020/02/24
浏览量
电源作为电路系统的“心脏”,其重要性是显而易见的。在选择电源模块时,除了要考虑输入电压范围、额定功率、隔离耐压、效率、纹波&噪声等性能特性外,还需针对其高低温性能和降额设计进行可靠性测试。
电源可以说是电路系统的“心脏”,为各级电路提供“血液”,其重要性是显而易见的。那么如何有效的选择一款高性能高可靠性的电源模块呢?我们首先会关注电源模块的输入电压范围、额定功率、隔离耐压、效率、纹波&噪声等输入输出特性,判断是否满足自己的使用要求,甚至参照数据手册一一对照测试各项指标,判断是否和宣称的一致。但对于电源模块的可靠性来说,做完这些还是远远不够的,还有两个方面是需要深挖测试的,那就是高低温性能和降额设计。
一、高低温性能
一般在不同的使用领域,对电源模块的工作温度范围要求各异:
对于电源模块的应力设计,重点关注场效应管(MOS管)、二极管、变压器、功率电感、电解电容、限流电阻等。保证全电压范围内在稳态、瞬态、短路等各种极限条件下都能有足够的降额,以保障产品的可靠性。例如对于某Vds最高电压为100V的MOS管,作为电源模块的主功率开关管,实测其在最高输入电压下的各种状态(如图1~3所示),最高Vds=67.2V,降额因子0.672,满足Ⅰ级降额,余量很充足。
 
 
图1 稳态工作时MOS管波形Vds_max=57.2V
 
由于电源模块越趋于小型化,功率密度相应越来越高,电源模块有关热设计方面的问题尤其突出。特别是对使用有电解电容的电源模块,高温会使电解电容的电解液加速消耗,大大减少电解电容的寿命。高温会使元器件材料加速老化,例如使得变压器漆包线的绝缘特性降低,导致绝缘耐压不良甚至造成匝间短路。因此好的热设计不仅可延长电源模块和其周围元器件的使用寿命,还可使整个产品发热均匀,减少故障的发生。
电源模块热设计的基本任务是:通过热设计在满足性能要求的前提下尽可能减少模块内部产生的热量,减少热阻,选择合理的冷却方式。发热元器件要尽可能使其分散布局。设计PCB板时要保证印制线的载流容量,印制线的宽度必须适于电流的传导。对于大功率的贴片元器件,可以采用大面积敷铜箔的方式,以加大PCB的散热面积。电源模块内部可通过填充导热硅胶和树脂等来降低模块内部元器件的温升。对于体积较大的电源模块,可以使用散热片进行散热,增加对流和辐射的表面积从而大大地改善了电子器件的散热效果。
例如对于某电源模块,常温长时间工作后采用红外热成像仪测试其表面温度如图4所示,其中MOS管常温不灌封实测的最高温度为85.5℃,然后采用热电偶配合数据采集仪对填充灌封胶的成品在高温条件下测试其各种情况下的温度,最高为97.2℃,对于最高温度为175℃的MOS管,其温度降额满足Ⅰ级降额。
 

 

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