提高電源模塊可靠性的應(yīng)用電路

電源模塊以高集成度、高可靠性、簡化設(shè)計(jì)等多重優(yōu)勢，受到許多工程師的青睞。但即便使用相同的電源模塊，不同的用法也會導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性大相徑庭。使用不當(dāng)，非但不能發(fā)揮模塊的優(yōu)勢，還可能降低系統(tǒng)可靠性。

相信各位電路設(shè)計(jì)者在閱讀DC-DC隔離電源模塊的數(shù)據(jù)手冊時(shí)，第一時(shí)間關(guān)注的往往是首頁的電源參數(shù)，如功率、輸入電壓、輸出電壓、效率、工作溫度、耐壓等級等……但其實(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)手冊中的“電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用”一節(jié)內(nèi)容同樣重要，它為用戶在實(shí)際外圍電路設(shè)計(jì)過程中提供了寶貴的參考電路經(jīng)驗(yàn)。如果電源模塊的外圍電路設(shè)計(jì)使用不當(dāng)，非但不能發(fā)揮模塊的優(yōu)勢，還可能降低系統(tǒng)可靠性，本次我們就來談?wù)勔恍╇娫茨K外圍電路設(shè)計(jì)核心要點(diǎn)。

1．兩級浪涌防護(hù)電路，使用不當(dāng)適得其反

電源模塊體積小，在EMC要求比較高的場合，需要增加額外的浪涌防護(hù)電路，以提升系統(tǒng)EMC性能。如圖1所示，為提高輸入級的浪涌防護(hù)能力，在外圍增加了壓敏電阻和TVS管。但圖中的電路（a）、（b）原目的是想實(shí)現(xiàn)兩級防護(hù)，但可能適得其反。如果（a）中MOV2的壓敏電壓和通流能力比MOV1低，在強(qiáng)干擾場合，MOV2可能無法承受浪涌沖擊而提前損壞，導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓。同樣的，電路（b），由于TVS響應(yīng)速度比MOV快，往往是MOV未起作用，而TVS過早損壞。

圖1 兩級浪涌防護(hù)

增加一個電感，構(gòu)成兩級防護(hù)電路。如電路（c）、（d）所示，串入一個電感，將防護(hù)器件分隔成兩級，對高頻浪涌脈沖，電感具有較大的阻抗，因此首先起作用的是前端的壓敏電阻，而后端的壓敏和TVS能夠進(jìn)一步吸收殘壓保護(hù)模塊。另外，即使是單級防護(hù)，增加電感也能起到一定的作用，避免浪涌電壓直接加到模塊輸入端。

2．輸出濾波電容過大，導(dǎo)致模塊異常

電源模塊輸出端通常推薦增加一定的濾波電容，但在使用過程中，由于認(rèn)識不足等原因，使用了過大的輸出濾波電容，既增加了成本又降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖2 容性負(fù)載過大

如圖2中的電路（a）所示，一個3W的模塊，輸出使用了2000uF的電容，而通過查閱產(chǎn)品手冊了解到，模塊建議最大輸出電容為800uF。輸出電容過大可能導(dǎo)致啟動不良，而對于不帶短路保護(hù)的微功率DC-DC模塊，輸出電容過大甚至可能導(dǎo)致模塊永久損壞。

3．接開關(guān)電源芯片，注意啟動不良

如圖3所示，電源模塊的輸出電壓是逐漸建立的，電路（a）的LM2576沒有設(shè)計(jì)欠壓鎖定，在VIN電壓較低時(shí)即開始啟動，若OUT負(fù)載過重，可能被24V模塊誤判為短路或容性負(fù)載過大，從而導(dǎo)致啟動不良。

圖3 增加欠壓鎖定

因此推薦使用電路（b），外置簡單的欠壓鎖定，使24V模塊輸出電壓建立到預(yù)置值后再啟動LM2576等外接開關(guān)電源芯片，可以很大程度上避免啟動不良問題。

或者可以使用功率余量更大的電源模塊， ON/OFF引腳也可以連接到MCU進(jìn)行控制。

4．雙路模塊，注意負(fù)載平衡

對于雙路輸出模塊，兩路輸出對負(fù)載的要求不同，這類模塊通常只對其中一路進(jìn)行穩(wěn)壓反饋，另一路通過變壓器耦合達(dá)到所需的電壓。

當(dāng)穩(wěn)壓主路負(fù)載過重輔路過輕時(shí)，輔路電壓會飄高較多，此時(shí)輔路對電壓要求嚴(yán)格時(shí)，需增加三端穩(wěn)壓器。而當(dāng)非穩(wěn)壓輔路負(fù)載過重主路過輕時(shí)，可能出現(xiàn)輸出電壓不穩(wěn)定或者輔路電壓過低的情況，此時(shí)需給主路增加假負(fù)載。

致遠(yuǎn)電子的部分模塊是主輔路均穩(wěn)壓的，例如ZY0GD1212DI3-15W就是雙12V雙穩(wěn)壓輸出產(chǎn)品。

5．并聯(lián)與冗余，不是一回事

當(dāng)手頭有兩個相同的模塊，而單個的功率不足時(shí)，很自然的想到兩個模塊并聯(lián)使用，以滿足功率要求，但將普通電源模塊并聯(lián)使用提升功率的方法存在極大隱患，輸出電壓偏高的模塊需提供過大的電流而導(dǎo)致模塊過功率。

圖4 冗余應(yīng)用

如上圖電路（a）所示，負(fù)載需5W功率，超出單個模塊的帶載能力，則其中一個模塊可能存在超負(fù)荷使用的情況。對于此種應(yīng)用，需使用單個大于5W功率的模塊，比如ZY0JGB12P-10W。而電路（b）則不然，每個模塊的功率均能滿足負(fù)載的需要，此時(shí)屬于冗余設(shè)計(jì)。

6．鉭電容雖好，放在電源輸入輸出需謹(jǐn)慎

鉭二氧化錳電容比較容易擊穿短路，抗浪涌能力差，開機(jī)時(shí)或外部供電接入時(shí)，很可能形成較大的浪涌電流或電壓，造成鉭電容的燒毀短路或過壓擊穿，在未做嚴(yán)格評估的情況下，建議使用陶瓷電容或電解電容。

7. 選擇優(yōu)質(zhì)的隔離電源模塊，讓電路設(shè)計(jì)事半功倍

致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊，具有寬輸入電壓范圍，隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC多個系列，封裝形式多樣，兼容國際標(biāo)準(zhǔn)的SIP、DIP等封裝，也可根據(jù)項(xiàng)目的特殊情況，提供量體裁衣的定制服務(wù)，為客戶定制特色功能、特別封裝的隔離電源。同時(shí)致遠(yuǎn)電子根據(jù)豐富的電源設(shè)計(jì)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可為用戶提供專業(yè)的電源外圍應(yīng)用電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)參考，提升產(chǎn)品的可靠性。

致遠(yuǎn)電源模塊以其效率高、輸入電壓范圍寬、體積小、可靠性高、耐沖擊、隔離特性好，溫度范圍寬等特性，適用于做板級的供電電源，廣泛應(yīng)用于電力、工業(yè)自動化、通訊、醫(yī)療、交通、樓宇自動化、儀器儀表和汽車電子等眾多領(lǐng)域。