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電源模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)的可靠性和注意事項(xiàng)

2020-07-03

我們?cè)谶x擇電源上,常常把重心放在參數(shù)與性能上,容易忽視這是通用型設(shè)計(jì)。電源模塊本身的可靠性很重要,但事實(shí)上,由于電源系統(tǒng)工作環(huán)境的復(fù)雜性,如果沒(méi)有可靠的系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì),電源最終會(huì)失效。下面介紹電源系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的幾種常見(jiàn)方法和注意事項(xiàng)。

 

1、冗余設(shè)計(jì),要求即使電源模塊在故障損壞時(shí),系統(tǒng)也不能斷電。這時(shí),我們可以采用冗余電源來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。如下圖所示,當(dāng)一個(gè)電源模塊損壞時(shí),另一個(gè)模塊可以繼續(xù)供電。

 冗余電源供電方案

注:D1、 D2建議使用低壓降的肖特基二極管,以避免二極管的壓降影響后端系統(tǒng)的運(yùn)行,并注意選擇耐壓高于輸出電壓的二極管。這種方法會(huì)產(chǎn)生額外的紋波噪聲,需要一個(gè)外部電容來(lái)降低紋波或增加一個(gè)濾波電路。

 

2、降額設(shè)計(jì),眾所周知,電源長(zhǎng)時(shí)間滿(mǎn)載會(huì)縮短其使用壽命,降額設(shè)計(jì)可以有效提高電源的使用壽命,但當(dāng)負(fù)載過(guò)輕時(shí),電源的性能無(wú)法在最佳狀態(tài)下工作。高能立方ACDC模塊電源建議在30%~80%的負(fù)載范圍內(nèi)使用,各方面性能最好。

 

3、外圍保護(hù)設(shè)計(jì)合理,電源模塊應(yīng)用范圍廣,應(yīng)用環(huán)境要求不盡相同。由于其通用設(shè)計(jì),AC-DC模塊電源只能滿(mǎn)足一般通用要求。因此,當(dāng)客戶(hù)的應(yīng)用環(huán)境要求較高時(shí),有必要添加適當(dāng)?shù)耐鈬娐穪?lái)提高電源的可靠性。

 

4、散熱設(shè)計(jì),工業(yè)電源模塊約15%的損壞是由于散熱不良引起的。電源正在向小型化和集成化發(fā)展,在許多應(yīng)用中,電源在封閉環(huán)境中持續(xù)工作,如果積聚的熱量無(wú)法散發(fā),電源內(nèi)部的設(shè)備可能會(huì)因熱應(yīng)力過(guò)大而損壞。常用的冷卻方法是自然風(fēng)冷、散熱器和強(qiáng)制冷卻風(fēng)扇。

 

熱設(shè)計(jì)的一些經(jīng)驗(yàn)分享如下:

1、電源模塊的對(duì)流通風(fēng)。對(duì)于依靠自然對(duì)流和熱輻射散熱的電源,周?chē)h(huán)境必須便于對(duì)流通風(fēng),并且周?chē)鷽](méi)有便于空氣流通的大型設(shè)備。

 

2、放置加熱裝置。如果系統(tǒng)中有多個(gè)加熱源,如多個(gè)模塊電源,它們應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離彼此,以避免因它們之間的熱輻射傳遞而導(dǎo)致過(guò)熱。

 

3、PCB板設(shè)計(jì)合理,PCB板提供了一種散熱方式,在設(shè)計(jì)中應(yīng)該更多的考慮散熱方式。例如增加主電路的銅面積,降低印刷電路板上元件的密度,提高模塊的散熱面積和通道。

 

4、對(duì)于封裝尺寸和散熱面積較大且功率相同的電源,如果可能,請(qǐng)選擇較大的封裝和散熱面積較大的散熱器,或者使用散熱膏將電源模塊外殼與機(jī)箱連接起來(lái)。這樣,模塊具有更大的散熱面積,使得散熱更快,內(nèi)部溫度更低,并且電源的可靠性自然更高。

 

5、匹配設(shè)計(jì)、安全設(shè)計(jì),電源的輸入接線(xiàn)應(yīng)盡可能保持平直,以免形成環(huán)形天線(xiàn)吸引外部輻射干擾。同時(shí),根據(jù)UL60950的安全要求,輸入線(xiàn)和輸出線(xiàn)需要保持適當(dāng)?shù)木嚯x,以避免耐壓失效。此外,電源底板下禁止布線(xiàn),尤其是信號(hào)線(xiàn),電源變壓器的電磁線(xiàn)會(huì)干擾信號(hào)。應(yīng)注意一次電源和二次電源之間以及電源和系統(tǒng)工作頻率之間的倍頻錯(cuò)開(kāi),以避免它們之間的系統(tǒng)匹配問(wèn)題。

 

ACDC電源模塊的可靠應(yīng)用需要電源制造商提供高質(zhì)量的電源,以及工程師合理的應(yīng)用設(shè)計(jì)。只有兼顧設(shè)計(jì)和應(yīng)用,才能最終獲得可靠的供電系統(tǒng)。

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