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如何解决开关电源应用中的常见问题

放大字体  缩小字体 发布日期2018-11-05  浏览?#38382;?span id="hits">257
核心提示目前市场上电源模块种类繁多不同电源产品的输入电压输出功率功能及拓扑结构等都各不相同其特点都是为微控制器集成电路数?#20013;?#21495;处理器模拟电路及其他数字或模拟等负载供电电源模块的可靠性比较高但也可能会发生故障下面以致远电子的DC-DC电源为例分析几种常见的电源故障

广州致远电子有限公司

小功率电源被广泛地应用于电子电气行业在应用的过程中也时常出现一些电源故障如启机不良输出电压偏低模块过热等问题针对这些电源供电故障现象如何定位背后的问题本文将一一为您揭晓

目前市场上电源模块种类繁多不同电源产品的输入电压输出功率功能及拓扑结构等都各不相同其特点都是为微控制器集成电路数?#20013;?#21495;处理器模拟电路及其他数字或模拟等负载供电电源模块的可靠性比较高但也可能会发生故障下面以致远电子的DC-DC电源为例分析几种常见的电源故障

输出电压偏低

电源输出电压过低会让后级电路无法正常工作如在微控制器系统中负载突然增大会拉低微控制器的供电电压而造成微控制器复位这会对整个系统级的电路带来毁灭性的打击会造成一子落错全盘毁的连锁式反应输出电压过低通常是由那些原因造成的呢

   输出级并联多个负载在正常工作后有负载需要较大的瞬态电流造成电压被瞬间拉低从而影响其它并联的负载

   输出线路过长或过细造?#19978;?#25439;过大从而在线路间产生了不小的压降最终导致电源模块的输出电压到真正的负载两端?#20445;?#30005;压偏低

   防反接二极管的压降过大一般二极管的正向压降在0.2~0.6V之间如果电源模块输出的是5V电压那么高导通压降的二极管所产生的电压降就会?#36141;?#32423;电路的电压偏低从而不能正常工作

   模块外围电路中的输入?#30636;?#30005;感过大导致内阻变大电流扼制作用增强当后级负载突然变重?#20445;?#30005;流供应不上而导致负载两端的电压偏低

解决方法

1)   在输出端并一个大电容或换用更大功率输入电源

2)   调整布线增大导线截面积或缩短导线长度减小内阻如果其电源模块有Trim功能调节可以调高输出电压来抵消线损产生的压降

3)   换用导通压降小的二极管

4)   减小?#30636;?#30005;感?#30331;?#38477;低电感的内阻

输入电压偏高

由于某些电源模块内部的电子元器件的电压余?#21487;?#35745;不够在输入电压过高?#20445;?#36896;成模块损坏甚至烧毁这是就需要我们在外围做一些保护哪些常见原因易造成输入电压偏高呢

   在电源模块输入端进行热插拔上电此时其电压尖峰及浪涌电流都较高抗压差的模块会被瞬间击穿损坏

   输出端负载过轻轻于10%的额定负载对一些非线性稳压的电源产品来说模块不一定会损坏但会影响后级的一些性能如效率偏低模块偏热等

   前级供电电源的电压冲击导致输入电压偏高或产生干扰电压电磁兼容也较容易造成输入电压高如雷击浪涌群脉冲

解决方法

1)   ?#32321;?#36755;出端不小于少10%的额定负载若?#23548;?#30005;路工作中常有空载现象就在输出端并接一个额定功率10%的假负载

2)   更换一个合理且稳定范围的输入电压源存在干扰电压时要考虑在输入端并上TVS管或稳压管也可加EMC的外围电路

模块发热?#29616;?/b>

电源模块在电压转换过程中有能量损?#27169;?#20135;生热能导致模块发热降低电源的转换效率影响电源模块正常工作但什么情况下会造成电源模块发热较?#29616;?#21602;

   使用的是线性电源模块由于线性电源内部的电?#26041;?#26500;使得其功率导通压降大在相同的输出功率下线性电源模块内部产生的损耗更大

   负载过流超出数据手册应用范围使得内部关键器件温度飙升

   环境温度过高或散热不良

   其他大发热源热传递

热?#19978;?#20202;观测发热电源模块E7805OS-500在标称电压下的温度分布如图2所示

解决方法

1)   使用线性电源时要加散热片,或选择效率高的开关电源

2)   换输出功率更大的模块?#32321;?#26377;70%~80%的负载降额

3)   降低环境温度保持散热良好

输出噪声较大

噪声是衡量电源模块优劣的一大关键指标在应用电路中模块周边元器件的设计布局等?#19981;?#24433;响输出噪声哪些因素对输出噪声有较大影响呢

   电源模块与主电路噪声敏感元件距离过近

   主电路噪声敏感元件的电源输入端处未接去耦电容

   多路系统中各单路输出的电源模块之间产生差频干扰

   地线处理不合理

   电源模块输入端的噪声过大未处理直接耦?#31995;?#30005;源模块输出端

ZDS2024示波器测?#36828;?#27604;模块受到干扰与未被干扰的电源模块输出纹波噪声对比下图如图3所示

?#35789;?#22806;界干扰的纹波噪声,Vz=104mV

?#35789;?#22806;界干扰的纹波噪声Vz=734mV

解决方法

1)   将电源模块尽可能远离主电路噪声敏感元件或模块与主电路噪声敏感元件进行隔离

2)   主电路噪声敏感元件如A/DD/A或MCU等的电源输入端处接0.1F去耦电容

3)   使用一个多路输出的电源模块代替多个单路输出模块消除差频干扰

4)   采用远端一点接地减小地线环路面积

电源模块启动困难

在电源的应用电路中经常会出现电源模块输出端电压不正常输出端就是没有任何输出电源模块也无损坏是什么原因呢或许是电源模块本身就无法启动

   外接电容过大即容性负载过大需要充电的时间变长有些电源模块在规定时间内不能建立好输出电压就会进入过流保护从而模块无输出

   电子负载在CC模?#36739;y不?#36896;成部?#21046;?#21160;能力弱的电源模块启机不良由于在CC模?#36739;?#21551;机的时候其模拟的负载趋近于零且反应调节时间相对较长绝大多数的电源模块应用的环境属于纯电阻模式

   负载需要的电流过大而电源模块单位输出的最大平均电流不够导致模块无法启动

   输入线路过长使得线路之间产生的压降过大而导致输入电压低于模块输入电压的下限要求

解决方法

1)   外接电容过大在电源模块启动时向其充电时间较长难以启动需要选择合适的容性负载

2)   模块测试尽量选择更接近纯阻模式负载测试

3)   选择功率合适的电源模块

4)   先测试电源模块输入端引脚电压是否低于数据手册要求的最低电压再根据?#23548;是?#20917;提高电源输入端的电压

耐压不良

一般隔离电源模块的耐压值可高达几千伏但在应用电路中哪些因素会导致其耐压能力降低

   选用的模块隔离电压值不够往往是应用工程师评估的耐压值比在?#23548;?#24212;用环境下的耐压值低造成的

   维修中多?#38382;?#29992;回流焊热风枪

   外围电路布线与器件放置时未按安规相关的爬电距离来要求?#19981;?#36896;成耐压不良

用耐压仪测试电源模块隔离电压的方法如图5所示

解决办法

1)   根据现场环境的?#23548;?#35780;估值来选取耐压值合适电源模块最好能预留500V以上的余量

2)   焊接电源模块时要选取合适的温度避免反复焊接损坏电源模块

3)   严格按照安规规定的要求布置输入与输出之间的线路后器件

总结

电源模块故障问题种类繁多小编针对以上几种常见的应用型故障问题?#22478;?#32780;谈以作抛砖引玉

致远电子拥有近二十年的研发经验可以提供多种负压产生方案的选择隔离1000VDC1500VDC3000VDC及6000VDC等多个系列封装?#38382;?#22810;样兼容国?#26102;?#20934;的SIPDIP等封装同时致远电子为保证电源产品性能建设了行?#30340;?#19968;流的测试实验室配备最先进齐全的测试设备全系列隔离DC-DC电源通过完整的EMC测试静电抗扰度高达4KV浪?#38752;?#25200;度高达2KV可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场为用户提供稳定可靠的电源隔离解决方案


 
关键词 电源模块 二极管 电子元器件

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