DC/DC電源模塊

DC/DC電源模塊的寫(xiě)法

DC/DC電源模塊介紹

DC-DC是用開(kāi)關(guān)電源的思想實(shí)現(xiàn)的。DC-DC有降壓和升壓兩種，在這里只說(shuō)降壓，比如說(shuō)你給DC-DC輸入10V，DC-DC內(nèi)部有個(gè)振蕩器和斬波模塊，例如，把在一個(gè)時(shí)間段允許10V通過(guò)，另一時(shí)間段內(nèi)不允許10V通過(guò)（等于0v）。而在輸出端有一個(gè)電容進(jìn)行濾波，只要電容足夠大，其結(jié)果就等于將中間的那個(gè)脈沖波形進(jìn)行微積分，而輸出一個(gè)5V的直流波形。

這個(gè)降壓的過(guò)程相對(duì)于穩(wěn)壓模塊來(lái)說(shuō)，更大限度地避免了電能在降壓模塊上面的消耗，并且內(nèi)部震蕩部分控制其占空比就能改變輸出電壓大小（在10V范圍內(nèi)），使其輸出能恒定（比如某個(gè)DC-DC規(guī)定輸入范圍是6V到16V，輸出5V，只要是在這個(gè)輸入范圍內(nèi)，輸出都是5v誤差只有零點(diǎn)零幾伏，而穩(wěn)壓模塊的輸出則和輸入電壓有一定的線性關(guān)系，輸入7V的輸出電壓和輸入14V的輸出電壓差得比較大）

特點(diǎn)

※小體積、高可靠性；※輸出穩(wěn)壓，精度可達(dá)±3[%]；※高性能價(jià)格比；※多種輸入、輸出電壓；※內(nèi)置輸入濾波器，低電磁兼容特性；※鋁殼磨沙氧化，六面屏蔽?！湫蛻?yīng)用：工業(yè)儀表、數(shù)字電路、電子通信設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感遙測(cè)、地面通訊科研設(shè)備等領(lǐng)域。1、輸入特性輸入電壓范圍：4.75VDC-5.25VDC11.40VDC-12.60VDC14.25VDC-15.75VDC22.80VDC-25.20VDC45.60VDC-50.40VDC2、輸出特性輸出電壓精度：標(biāo)稱(chēng)輸出電壓±3[%]負(fù)載效應(yīng)：20[%]～100[%]負(fù)載變化時(shí)≤±1.0[%]（值）源效應(yīng)：輸入電壓從低端至高端變化時(shí)≤±1.0[%]（值）紋波及噪聲：≤50mVpk-pk（值）溫度系數(shù)：≤±0.02[%]/℃（值）3、隔離電壓：輸入至輸出（1分鐘漏電流<2mA）1000VDC存儲(chǔ)溫度：-40℃至+120℃相對(duì)濕度：10RH～90RH工作溫度：-25℃至+85℃殼溫：+90℃

原理

根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類(lèi)：線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。

線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的穩(wěn)壓電源。而在開(kāi)關(guān)電源中則不一樣，開(kāi)關(guān)管（在開(kāi)關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開(kāi)關(guān)管）是工作在開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)下的：開(kāi)——電阻很??；關(guān)——電阻很大。

開(kāi)關(guān)電源是一種比較新型的電源。它具有效率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。但是由于電路工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以噪聲比較大。通過(guò)下圖，我們來(lái)簡(jiǎn)單的說(shuō)說(shuō)降壓型開(kāi)關(guān)電源的工作原理。如圖所示，電路由開(kāi)關(guān)K（實(shí)際電路中為三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管），續(xù)流二極管D，儲(chǔ)能電感L，濾波電容C等構(gòu)成。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)關(guān)K、電感L給負(fù)載供電，并將部分電能儲(chǔ)存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開(kāi)關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。一定時(shí)間后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電感L的自感作用（可以比較形象的認(rèn)為電感中的電流有慣性作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續(xù)流。這電流流過(guò)負(fù)載，從地線返回，流到續(xù)流二極管D的正極，經(jīng)過(guò)二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個(gè)回路。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)間（即PWM——脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。如果通過(guò)檢測(cè)輸出電壓來(lái)控制開(kāi)、關(guān)的時(shí)間，以保持輸出電壓不變，這就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。

在開(kāi)關(guān)閉合期間，電感存儲(chǔ)能量；在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電感釋放能量，所以電感L叫做儲(chǔ)能電感。二極管D在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，負(fù)責(zé)給電感L提供電流通路，所以二極管D叫做續(xù)流二極管。

在實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)K由三極管或場(chǎng)效應(yīng)管代替。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電流很?。划?dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電壓很小，所以發(fā)熱功率U×I就會(huì)很小。這就是開(kāi)關(guān)電源效率高的原因。

應(yīng)用

DC/DC電源模塊開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)式電源的應(yīng)用有較大的差別。開(kāi)關(guān)式電源，送變器處于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在正常工作情況下，存在有一定的干擾和副射。這就要求在實(shí)際使用時(shí)，要采用相應(yīng)措施，以達(dá)到的應(yīng)用狀態(tài)?，F(xiàn)對(duì)DC/DC電源模塊的應(yīng)用，做如下說(shuō)明：

一、選擇

1、在選擇電源時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的要求，合理選擇電源的類(lèi)型，如電壓的精度、負(fù)載的類(lèi)型、電流的變化范圍，使用環(huán)境等，搞清楚產(chǎn)品使用環(huán)境和要求是合理選用和定做電源的前提和條件。

2、本廠提供的DC/DC電源模塊，有單路、雙路和多路之分。

單路電源的性能和指標(biāo)相對(duì)于雙路和多路電源的性能指標(biāo)較高，尤其是負(fù)載調(diào)整率。雙路電源在等比例負(fù)載時(shí)，輸出電壓精度受負(fù)載的影響比較小，如果負(fù)載偏斜則對(duì)輸出電壓的精度影響較大，因此如要求雙路輸出電壓精度較高或輸出電壓對(duì)稱(chēng)性好時(shí)也可用兩組相同的單路電源組成，或選用我廠特型電源，以提高輸出電壓的精度。在主副路控制的電源中，為了使各副路有相應(yīng)的電壓精度，應(yīng)使主路有一定的負(fù)載范圍

（如≥20[%]的額定負(fù)載）在選用時(shí)應(yīng)注意。

二、測(cè)試

目前各廠家或電源技術(shù)資料給出的電源技術(shù)指標(biāo)的名稱(chēng)，以及測(cè)試法都有一定的差異，但其原理都是一樣的現(xiàn)就我廠的規(guī)定及測(cè)量方法說(shuō)明如下：

1、測(cè)試環(huán)境條件

在無(wú)特殊要求時(shí)，測(cè)試均在下列環(huán)境條件下進(jìn)行：溫度：15～35℃、相對(duì)濕度：20[%]～80[%]、大氣壓力：86～106Kpa、無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾

2、詳細(xì)要求（在1種正常測(cè)試環(huán)境條件下）

2.1輸出電壓精度

2.2電壓調(diào)整率（電壓穩(wěn)定度）

三、應(yīng)用。

1、我廠的DC/DC電源模塊，輸入輸出端都加有濾波措施，一般能夠有效的抑制來(lái)自輸入側(cè)的EMI雜波和戶(hù)動(dòng)浪涌電流，如供電質(zhì)量較差或?qū)﹄娫聪到y(tǒng)有更多的要求，可在模塊的前后分加濾波網(wǎng)絡(luò)。

2、直流輸入電壓極性不能接反，也不能超范圍使用，否則會(huì)使模塊失效。

3、使用電源時(shí)，一般選在20[%]～80[%]的額定功率為，不能后期超額定功率使用，以免影響模塊的使用壽命。

4、當(dāng)輸出的電流較大時(shí)，傳輸電流的線徑不能過(guò)長(zhǎng)，或過(guò)細(xì)以免造成大干擾和誤差。

5、對(duì)自然散熱的DC/DC電源模塊，要保證使用的環(huán)境溫度不能超出所給溫度范圍，以免造成過(guò)熱損壞。

6、對(duì)要加散熱器的DC/DC電源模塊要有足夠的散熱器，使殼體的溫度

隔離耐壓檢測(cè)

直接用耐壓檢測(cè)儀對(duì)DC-DC電源模塊進(jìn)行檢測(cè)，但是先要看DC-DC模塊的耐壓性能是多少，如果本身耐壓性能是1000VDC,在檢測(cè)的時(shí)候就不能用高于1000VDC的DC電壓來(lái)檢測(cè)，如果用1500VDC來(lái)檢測(cè)有可能直接將產(chǎn)品燒壞，這其實(shí)是破壞性的檢測(cè)！

故障分析：

盡管電源模塊的可靠性比較高，但也可能發(fā)生故障，在DC/DC模塊中，一般可能發(fā)生的故障有以下幾種：1、模塊在使用過(guò)程中輸出電壓降低；2、模塊停止工作；3、模塊輸出電壓過(guò)高；4、模塊輸入短路；5、模塊輸出電流過(guò)大。

前兩種DC/DC故障一般不會(huì)帶來(lái)很大危險(xiǎn)，可以故障診斷電路檢測(cè)并報(bào)警。

第三種失效方式比較危險(xiǎn)，它可以燒毀應(yīng)用電路，一般通過(guò)過(guò)壓保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)，另外也可以在輸出端加穩(wěn)壓二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)時(shí)要合理選擇二極管的參數(shù)，防止由于溫度不同造成穩(wěn)壓點(diǎn)的變化。有些模塊本身自帶過(guò)壓保護(hù)。一般來(lái)講，25W以下模塊無(wú)過(guò)壓保護(hù)功能，25W以上模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)有過(guò)壓保護(hù)電路。過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)一般設(shè)計(jì)為135[%]--145[%]額定電壓。詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)要確認(rèn)模塊是否具有這些功能，以免重復(fù)設(shè)計(jì)。

第四種會(huì)導(dǎo)致輸入過(guò)流，嚴(yán)重時(shí)燒壞印制板，一般可以通過(guò)在輸入端選擇合適的保險(xiǎn)管進(jìn)行保護(hù)。保險(xiǎn)管在布線時(shí)一般要布置在靠近電源模塊的輸入端，這樣設(shè)計(jì)的目的是降低輸入線的引線電感，避免保險(xiǎn)管熔斷時(shí)，引線電感引起輸入端的過(guò)壓。

第五種DC/DC故障可以通過(guò)選擇帶有過(guò)流保護(hù)的電源模塊，一般的電源模塊都有過(guò)流保護(hù)功能，這種模塊在其內(nèi)部可以通過(guò)檢測(cè)變化器原邊或副邊電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，但要損失一定的效率。在進(jìn)行電壓模塊選擇時(shí)，不是功率額定越大越好。如果降額過(guò)大，則用戶(hù)板輔助短路時(shí)，由于傳輸壓降的存在，輸出電流不足以實(shí)現(xiàn)模塊過(guò)流，有可能引起芯片過(guò)熱甚至損壞。

如何選擇設(shè)計(jì)

適合那些已開(kāi)始設(shè)計(jì)MicroTCA系統(tǒng)但想要詳細(xì)了解電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和如何選擇DC/DC電源模塊設(shè)計(jì)的工程師。

在當(dāng)今信息和通行技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域中，DC/DC電源模塊還是一個(gè)全新的架構(gòu)。雖然它是從ATCA的架構(gòu)中演化而來(lái)，但無(wú)論從產(chǎn)品和應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)講，還是有所不同的。本文在簡(jiǎn)單闡述了兩者發(fā)展的歷史背景和關(guān)系之后，著重介紹了供電架構(gòu)以及DC/DC電源模塊的重要性。尤其是在DC/DC電源模塊內(nèi)設(shè)計(jì)要素對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)中必須考慮的關(guān)于性能、成本和可靠性因素的影響?？勺鳛閷?duì)于MicroTCA電源系統(tǒng)的通用指南，適合那些對(duì)于電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)有全面了解但初次接觸MicroTCA系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的工程師。它也適合那些已開(kāi)始設(shè)計(jì)MicroTCA系統(tǒng)但想要詳細(xì)了解電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和如何選擇DC/DC電源模塊設(shè)計(jì)的工程師。

同時(shí)對(duì)于DC/DC電源模塊廠家來(lái)說(shuō)，也提出了MicroTCADC/DC電源模塊設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)供進(jìn)一步討論?？傊呻娫磸S家自身或由滿(mǎn)足客戶(hù)需求決定的設(shè)計(jì)方案最終會(huì)影響系統(tǒng)的整體性能。在MicroTCA中，所有的負(fù)載實(shí)際就是AMC板卡。對(duì)于已使用ATCA架構(gòu)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，采用AMC板卡作為兩種不同架構(gòu)設(shè)備的通用中間介質(zhì)，可以有效降低開(kāi)發(fā)成本。單從AMC板卡本身可生產(chǎn)性和成本角度考慮，經(jīng)濟(jì)利益也是可觀的。由于不用再開(kāi)發(fā)單獨(dú)應(yīng)用在MicroTCA架構(gòu)的AMC板卡，減少了模塊的種類(lèi)，對(duì)于加快產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間以及將來(lái)減少備件成本都有積極意義。

在MicroTCA系統(tǒng)中最關(guān)鍵的是DC/DC電源模塊，由于并不在需要ATCA架構(gòu)中的載板，因此MicroTCADC/DC電源模塊承擔(dān)了功率變換和控制的功能。MicroTCA系統(tǒng)也可以安裝在19英寸系統(tǒng)中，可支持6U高大系統(tǒng)，也可以是小系統(tǒng)。