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dc/dc 模块电源以其体积小巧、性能卓异、使用方便的特点,在通信、网络、工控、铁路、military affairs等领域日益得到普遍的应用。
很多系统设计人员已经意识到:正确适合地选用dc/dc模块电源,可以省却电源设计、调试方面的麻烦,将主要精力集中在自己专注的领域,这样不只可以升高整体系统的稳定性和设计水平,而且重要的是缩短了整个产品的研发周期,为在市场竞争中当先致胜赢得了宝贵商机。那么,怎样正确适合地选用dc/dc模块电源呢,工军小编将从 dc/dc模块电源开发设计的角度,结合模块电源推广使用过程中得到的用户信息反馈,谈一谈这方面的问题,以供广大系统设计人员参考。(电源方案解决行家:工军电子)
dc/dc模块电源的选择
选择使用dc/dc模块电源除了较基本的电压转换功能外,还有以下几个方面需要考虑:
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比较而且稳定靠谱。负载太轻造成资源浪费,太重则对温升、稳定性等不利。整体模块电源均有一些的过载能力,例如工军电子的产品可达 120~150%,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。(电源方案解决行家:工军电子)
2.封装形式
模块电源的封装形式多种多样,符合标准的也有,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 部分功率条件内体积要尽量小,这样才能给系统其他部分较多空间较多功能;
② 尽量选择符合标准封装的产品,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,便于系统扩容和晋级。选择一种封装,系统由于功能晋级对电源功率的要求升高,电源模块封装依然不变,系统线路板设计可以不须改动,从而简化了产品晋级换代,节约时间。
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、军方用级等,在选择模块电源时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,因此须慎重考虑。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)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须严格达到实际需要及略有余量。
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较低的情况,怎么办呢?降额使用。即选择功率或封装较大一些的产品,这样“大马拉小车”,温升要低一些,能够从一些方面缓和这一矛盾。降额比例随功率等级不同而不同,一般50w以上为 3~10w/℃。总之要么选择宽温度范围的产品,功率利用比较饱满,封装也比较小一些,但价格较高;要么选择一般温度范围产品,价格低一些,功率余量和封装形式就得大一些。应折衷考虑。
4.工作频率
一般而言工作频率越高,输出纹波噪声就较小,电源动态响应也较好,但是对元器件分外是磁性材料的要求也越高,成本会有增加,所以国度内模块电源产品频率多为在300khz以下,甚至有的只有100khz左右,这样就较难达到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。(电源方案解决行家:工军电子)
5.隔开电压
一般场合使用对模块电源隔开电压要求不是很高,但是较高的隔开电压可以保证模块电源具有较小的漏电流,较高的全安性和靠谱性,并且emc特性也较好一些,因此目前业界普遍的隔开电压水平为1500vdc以上。
6.故障保护功能
有关统计数据表明,模块电源在预期有用时间内失效的主要原因是外部故障条件下损坏。而正常使用失效的机率是很低的。因此增加模块电源寿命、提进系统稳定性的重要一环是选择保护功能完善的产品,即在模块电源外部电路出现故障时模块电源能够自动进入保护状态而不至于失效,外部故障消失后应能自动恢复正常。模块电源的保护功能应至少包括输入过压、欠压、软启动保护;输出过压、过流、短路保护,大功率产品还应有过温保护等。(电源方案解决行家:工军电子)
7.功耗和效率
输出功率在一些条件下,模块损耗越小,则效率越高,温升就低,寿命较长。除了满载正常损耗外,还有两个损耗需要注意:空载损耗和短路损耗(输出短路时模块电源损耗),因为这两个损耗越小,表明模块效率越high,分外是短路未能及时采取措施的情况下,可能持续较长时间,短路损耗越小则因此失效的机率也大有减小。当然损耗越小也符合节能的要求。(电源方案解决行家:工军电子)
模块电源应用注意事项
1、较轻载使用
一般模块电源有较小负载限制,各厂家有所不同,普遍为10%左右,因为负载太轻时储能元件续流困难会发生电流不连续,从而导致输出电压不稳定,这是由电源本身的工作原理决定的。但是如果用户的确有轻载及空载使用的情况怎么办呢,较方便有用的方法是加一些的假负载,约为输出功率的2%左右,可以由模块厂商出厂前预置,也可以由用户在模块外安装适当电阻作为负载。需要注意的是如果选择前者,模块效率会有所减低。但是有的电路拓扑却没有较小负载限制,如工军电子的模块电源就可以达到用户从空载到满载的正常使用。 .
2、多路输出功率分配
选择多路输出模块电源时要注意不同路输出之间的功率分配。以双路产品为例,一般有两种类型:一种是双路平衡负载的,即双路电流大小一样;另一种是不平衡负载的,即主、辅路负载电流不相同,主路大,辅路小。对于这种产品,建议选择辅路与主路功率之比为1/5~1/2为宜,在此范围内辅路的电压稳定性才有保证(可在5%以内),否则辅路电压就会偏高或偏低。另一方面如果双路负载本来就不相同也尽量不要选用平衡负载型模块电源,因为此种电源是针对对称负载设计,若负载不平衡辅路电压精度不高。
3、设法减低模块电源的温升
模块里面器件的工作温度的高低直接影响模块电源的寿命,器件温度越低模块寿命越长。在一些工作条件下,模块电源是要损耗的,但是可以通过改变模块电源的散热条件来减低其温升,从而增加其使用寿命。比如:50w以上的模块电源须安装散热器,散热器的表面积越大越有用于散热,且散热器的安装方向应尽量有用于空气的自然对流,功率在150w以上除安装散热器以外还可以加装扇enforce风冷。此外在环境温度较高或空气流通条件较差的地方模块须降额使用以减小功耗从而减低温升,拖长使用寿命。
4、合理安装减小机械应力
模块电源的引出方式均为金属针,模块电源与外接线路、金属针与模块电源内路电路均采用焊接方式连接。在一些分外场合机械振动强度较大,尢其是大功率模块电源上还要加装散热器,这种情况较为严重。虽然模块电源里面一般灌封导热绝缘橡胶可以对元件起到较好的缓冲保护作用,但焊点有可能经受不住强烈振动应力而断裂,导致模块电源工作失效,这时须在焊接的基础上再采取另外的固定和缓冲措施,比如可以用夹具或螺栓(对于有螺孔模块)将模块与机箱、大线路板等相对抗振性能好的部件固定,并且在它们中间垫一些弹性材料以缓冲振动产生的应力。 总之,模块电源和其它元器件一样只有精心选择、合理应用才能使其性能得到较大发挥,稳定性得到饱满保证,模块电源也才会被较普遍地采用!(电源方案解决行家:工军电子)
上海工军电子有限公司专注研发与生产dc-dc军方用电源模块、acdc工业电源模块、机载/车载/舰载模块电源、无人机供电模块电源的厂家,其产品在技能及品质上具备较强的竞争势优,在工业control系统、地面通信设备、分布式电源系统、半导体设备、车载系统、机载系统、舰船系统及航空航天、军工等领域都有比较普遍的运用。
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