電源模塊作為現(xiàn)代科技賴以生存的電力來源，已經(jīng)成為最為關(guān)鍵的元件之一，電源的可靠性在很大程度上會(huì)影響到設(shè)備的可靠性，所以電源的可靠性成了一切參數(shù)、性能保證的前提。影響電源模塊的可靠性有設(shè)計(jì)思路、產(chǎn)品工藝、測(cè)試方法、物料、使用不當(dāng)?shù)纫蛩亍?

設(shè)計(jì)思路、產(chǎn)品工藝、測(cè)試方法、物料這些是由電源模塊生產(chǎn)廠家控制著，如何使用是由客戶控制著。從廠家方面出發(fā)，工程師在產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)候，應(yīng)盡可能的在優(yōu)化各項(xiàng)指標(biāo)，保證產(chǎn)品的高可靠性。

產(chǎn)品工藝是指產(chǎn)品在制造和儲(chǔ)存的時(shí)候，不影響產(chǎn)品的品質(zhì)，如：電源在生產(chǎn)的時(shí)候不注意靜電防護(hù)，可能會(huì)導(dǎo)致元器件的損壞率上升，從而影響電源的壽命和可靠性。儲(chǔ)存的時(shí)候應(yīng)防潮、放高低溫、放靜電等。

系統(tǒng)的測(cè)試方法可以在電源沒出問題前就檢查出來，防止使用過程造成對(duì)設(shè)備的影響。因?yàn)殡娫词且粋€(gè)集成電路，物料品質(zhì)的高低選擇也成了一個(gè)問題，好的物料自然成就了好的品質(zhì)?？蛻羰褂靡话闶强词褂铆h(huán)境和使用溫度對(duì)產(chǎn)品的影響，主要還是由廠家控制著產(chǎn)品的溫度范圍。

DC-DC模塊電源的重要性

DC-DC隔離模塊在分布式電源系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅能夠有效隔離一次側(cè)設(shè)備帶來的共模干擾，確保負(fù)載穩(wěn)定工作，還能進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓和保護(hù)。在各種應(yīng)用場(chǎng)景中，不同的負(fù)載需要不同的供電電壓，而DC-DC隔離模塊電源恰好能滿足這些需求。

DC-DC隔離模塊的作用

此外，由于母線電壓在長(zhǎng)距離傳輸過程中會(huì)存在線損，導(dǎo)致PCB板級(jí)電壓降低。而負(fù)載則需要穩(wěn)定的電壓來正常工作，因此寬壓輸入和穩(wěn)壓輸出成為必需。同時(shí)，在異常情況下，電源還需要具備保護(hù)系統(tǒng)負(fù)載和自身不壞的功能。

選擇高可靠性的電源

那么，如何選擇高可靠性的DC-DC模塊電源呢?關(guān)鍵在于采用成熟的電源拓?fù)?。例如，?duì)于1W～2W的定壓輸入DC-DC電源模塊，可以選擇Royer電路;而寬壓輸入系列則多選Flyback拓?fù)?，部分選Forward拓?fù)洹４送?，全?fù)載范圍內(nèi)的高效率也是不可或缺的。高效率意味著更低的功率損失和更低的溫升，從而有效提高電源系統(tǒng)的可靠性。

在實(shí)際應(yīng)用中，電源通常都會(huì)采用一定程度的降額設(shè)計(jì)。特別是在負(fù)載IC功耗越來越低的今天，電源模塊很多時(shí)候都可能在輕載情況下工作。因此，全負(fù)載范圍內(nèi)的高效率對(duì)于確保電源系統(tǒng)可靠性而言顯得尤為重要。然而，遺憾的是，這一點(diǎn)往往被某些電源廠商忽視。他們?yōu)榱俗非蠹夹g(shù)手冊(cè)上的參數(shù)吸引力，可能會(huì)過分關(guān)注滿載效率而忽視輕載效率。

以金升陽的15W DC-DC模塊電源VRB2412LD-15WR2為例，該產(chǎn)品在額定電壓24V輸入時(shí)輕載10%的效率比主流同行水平高出15%。這一優(yōu)勢(shì)在提高電源系統(tǒng)可靠性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

極端條件下的電源適用性

極限溫度特性

電源模塊的應(yīng)用環(huán)境差異極大，可能面臨熱帶的高溫和俄羅斯的嚴(yán)寒。因此，DC-DC模塊必須具備寬泛的工作溫度范圍，最低可達(dá)-40℃～85℃。金升陽的定壓R2代1W～2W模塊甚至能做到-40℃～105℃的卓越性能。若應(yīng)用于汽車BMS或高壓母線監(jiān)測(cè)等場(chǎng)合，則需更高的工作溫度，如金升陽的CF0505XT-1WR2可達(dá)125℃。

極限溫度試驗(yàn)是檢驗(yàn)電源模塊可靠性的關(guān)鍵。包括高溫老化、高溫&低溫帶電工作性能測(cè)試、高低溫循環(huán)沖擊以及長(zhǎng)時(shí)間高溫高濕測(cè)試等，都是正規(guī)電源開發(fā)所必需的環(huán)節(jié)。因此，是否具備此類測(cè)試設(shè)備，也成為判斷電源廠商是否專業(yè)的重要依據(jù)。

高隔離、低隔離電容

醫(yī)療和電力電子產(chǎn)品對(duì)電源模塊有特殊要求。醫(yī)療產(chǎn)品需極低的漏電流，而電力電子產(chǎn)品則要求盡量少的原邊和次級(jí)寄生電容。這兩個(gè)領(lǐng)域都強(qiáng)調(diào)高隔離耐壓和低隔離電容，以降低共模干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。在選擇時(shí)，建議1W～2W DC-DC模塊的隔離電容低于10pF，寬壓產(chǎn)品則應(yīng)選取低于150pF的模塊。

EMC性能的重要性

優(yōu)良的EMC性能是電子系統(tǒng)正常、安全工作的基石。隨著電子行業(yè)對(duì)EMC性能要求的不斷提高，電源模塊的EMC特性已成為其核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。任何EMC處理不當(dāng)導(dǎo)致的系統(tǒng)復(fù)位重啟或早期失效問題，都會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的市場(chǎng)表現(xiàn)和客戶滿意度。

系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的策略

除了電源本身的可靠性外，系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)同樣至關(guān)重要。由于電源系統(tǒng)工作環(huán)境的復(fù)雜性，再可靠的電源也可能因缺乏可靠的系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)而失效。因此，在電源系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)中，需要采用多種方法和技巧來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。其中，冗余設(shè)計(jì)技巧是一種重要的策略，通過增加冗余元件或設(shè)計(jì)冗余環(huán)節(jié)來提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和穩(wěn)定性。

在要求高度可靠性的應(yīng)用場(chǎng)合，電源模塊的穩(wěn)定性變得至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懙较到y(tǒng)的整體運(yùn)行。為了確保系統(tǒng)在電源模塊發(fā)生故障時(shí)仍能保持通電狀態(tài)，一種常見的解決方案是采用冗余供電設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方式能夠在單個(gè)電源模塊失效時(shí)，通過另一個(gè)模塊的備用供電來維持系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。

此外，降額設(shè)計(jì)也是提高電源工作壽命的有效方法。然而，負(fù)載過輕會(huì)使電源性能無法達(dá)到最佳狀態(tài)。例如，金升陽DC-DC模塊電源在負(fù)載范圍30%~80%內(nèi)使用時(shí)，其性能表現(xiàn)最為出色。

在電源模塊的應(yīng)用中，合理設(shè)計(jì)外圍電路也非常重要。由于DC-DC模塊電源的通用性設(shè)計(jì)，它可能無法滿足某些苛刻的應(yīng)用環(huán)境要求。因此，當(dāng)客戶的應(yīng)用環(huán)境有特殊要求時(shí)，需要添加適當(dāng)?shù)耐鈬娐穪硖嵘娫吹目煽啃浴?

散熱設(shè)計(jì)也是工業(yè)級(jí)電源模塊中不可忽視的一環(huán)。大約有15%的電源模塊損壞是由于散熱不良導(dǎo)致的。在密閉環(huán)境中連續(xù)工作的電源模塊，如果積熱無法散去，內(nèi)部的器件可能會(huì)因超過熱應(yīng)力而損壞。因此，需要采取適當(dāng)?shù)纳岽胧?，如自然風(fēng)冷、散熱片散熱或加強(qiáng)制性散熱風(fēng)扇等，以確保電源模塊的穩(wěn)定運(yùn)行。

在熱設(shè)計(jì)方面，還有一些經(jīng)驗(yàn)值得分享。首先，要確保電源模塊周圍的環(huán)境便于對(duì)流通風(fēng)，且無大器件遮擋，以利于空氣流通。其次，如果系統(tǒng)中存在多個(gè)發(fā)熱源，如多個(gè)電源模塊，它們之間應(yīng)保持一定的距離，以避免相互之間的熱輻射傳遞導(dǎo)致過熱。遵循這些經(jīng)驗(yàn)，可以進(jìn)一步提升電源模塊的可靠性。

在電源模塊設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，很多客戶要求產(chǎn)品必須高可靠，為了確保電源模塊在各種復(fù)雜環(huán)境和應(yīng)用條件下都能穩(wěn)定運(yùn)行，那么如何做?今天本文將講講如何從多個(gè)維度來考慮和優(yōu)化，希望對(duì)小伙伴們有所幫助。

防浪涌保護(hù)電路設(shè)計(jì)

浪涌電流可能會(huì)對(duì)電路中的元器件造成損害，因此，設(shè)計(jì)合理的防浪涌保護(hù)電路至關(guān)重要。設(shè)計(jì)防浪涌保護(hù)電路時(shí)，需要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景調(diào)整電感器、TVS管等元件的位置，以提高系統(tǒng)的EMC性能。同時(shí)，要注意兩級(jí)防浪涌保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，確保其在有效保護(hù)電路的同時(shí)，避免產(chǎn)生負(fù)面影響。

減少設(shè)計(jì)量

通過精確計(jì)算和控制，將組件數(shù)量控制在合理的范圍內(nèi)，可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和故障率。同時(shí)，減少組件數(shù)量還可以降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)盡量避免使用過多的冗余元件和復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

雙電源模塊設(shè)計(jì)

在雙向電源模塊的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意主輔電路的均勻調(diào)節(jié)輸出，以確保負(fù)載平衡。這種設(shè)計(jì)可以在一個(gè)電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)電源模塊能夠繼續(xù)工作，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，雙電源模塊設(shè)計(jì)還可以提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

元件選擇

不同組件的應(yīng)用會(huì)對(duì)模塊性能產(chǎn)生不同的影響。因此，在選擇元件時(shí)，需要充分考慮其性能、可靠性、壽命等因素。例如，在選擇電容器時(shí)，陶瓷或電解電容器是常見的選擇，但鉭電容器具有長(zhǎng)壽命、耐高溫電阻和良好的性能，但也存在易擊穿電路的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在選擇元件時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求進(jìn)行權(quán)衡和選擇。

電源安全可靠是指電源在使用過程中，不會(huì)出現(xiàn)故障和危險(xiǎn)，確保用戶的身體和財(cái)產(chǎn)安全。在電源設(shè)計(jì)中，需要考慮以下要求：

1.過溫保護(hù)要求：電源在輸出額定功率時(shí)不應(yīng)過熱，應(yīng)設(shè)計(jì)過溫保護(hù)功能，以防止電源過熱引起故障。

2.過壓保護(hù)要求：電源在輸出電壓超過規(guī)定范圍時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)過壓保護(hù)功能，以避免對(duì)產(chǎn)品和用戶造成傷害。

3.過流保護(hù)要求：電源在輸出電流超過規(guī)定范圍時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)過流保護(hù)功能，以避免對(duì)產(chǎn)品和用戶造成傷害。

4.短路保護(hù)要求：電源在輸出短路時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)短路保護(hù)功能，以避免對(duì)電源和產(chǎn)品造成傷害。

綜上所述，電源設(shè)計(jì)是電子產(chǎn)品開發(fā)過程中非常重要的一部分，需要考慮電源穩(wěn)定性、電源效率、電源安全可靠性等多個(gè)方面的要求。只有設(shè)計(jì)出高質(zhì)量、可靠性的電源才能保障產(chǎn)品性能和用戶體驗(yàn)的穩(wěn)定表現(xiàn)。