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提高电源模块可靠性的应用电路

时间：2017-09-06 17:26来源：21Dianyuan

摘要：电源模块以高集成度、高可靠性、简化设计等多重优势，受到许多工程师的青睐。

电源模块以高集成度、高可靠性、简化设计等多重优势，受到许多工程师的青睐。但即便使用相同的电源模块，不同的用法也会导致系统的可靠性大相径庭。使用不当，非但不能发挥模块的优势，还可能降低系统可靠性。

相信各位电路设计者在阅读 DC-DC 隔离电源模块的数据手册时，第一时间关注的往往是首页的电源参数，如功率、输入电压、输出电压、效率、工作温度、耐压等级等……但其实在实际应用中，数据手册中的“电路设计与应用”一节内容同样重要，它为用户在实际外围电路设计过程中提供了宝贵的参考电路经验。如果电源模块的外围电路设计使用不当，非但不能发挥模块的优势，还可能降低系统可靠性，本次我们就来谈谈一些电源模块外围电路设计核心要点。

1．两级浪涌防护电路，使用不当适得其反

电源模块体积小，在 EMC 要求比较高的场合，需要增加额外的浪涌防护电路，以提升系统 EMC 性能。如图1所示，为提高输入级的浪涌防护能力，在外围增加了压敏电阻和 TVS 管。但图中的电路（a）、（b）原目的是想实现两级防护，但可能适得其反。如果（a）中 MOV2 的压敏电压和通流能力比 MOV1 低，在强干扰场合， MOV2 可能无法承受浪涌冲击而提前损坏，导致整个系统瘫痪。同样的，电路（b），由于 TVS 响应速度比 MOV 快，往往是 MOV 未起作用，而 TVS 过早损坏。

图1 两级浪涌防护

增加一个电感，构成两级防护电路。如电路（c）、（d）所示，串入一个电感，将防护器件分隔成两级，对高频浪涌脉冲，电感具有较大的阻抗，因此首先起作用的是前端的压敏电阻，而后端的压敏和 TVS 能够进一步吸收残压保护模块。另外，即使是单级防护，增加电感也能起到一定的作用，避免浪涌电压直接加到模块输入端。

2．输出滤波电容过大，导致模块异常

电源模块输出端通常推荐增加一定的滤波电容，但在使用过程中，由于认识不足等原因，使用了过大的输出滤波电容，既增加了成本又降低了系统的稳定性。

图2 容性负载过大

如图2中的电路（a）所示，一个 3W 的模块，输出使用了 2000uF 的电容，而通过查阅产品手册了解到，模块建议最大输出电容为 800uF 。输出电容过大可能导致启动不良，而对于不带短路保护的微功率 DC-DC 模块，输出电容过大甚至可能导致模块永久损坏。

3．接开关电源芯片，注意启动不良

如图3所示，电源模块的输出电压是逐渐建立的，电路（a）的 LM2576 没有设计欠压锁定，在 VIN 电压较低时即开始启动，若 OUT 负载过重，可能被 24V 模块误判为短路或容性负载过大，从而导致启动不良。

图3 增加欠压锁定

因此推荐使用电路（b），外置简单的欠压锁定，使 24V 模块输出电压建立到预置值后再启动 LM2576 等外接开关电源芯片，可以很大程度上避免启动不良问题。

或者可以使用功率余量更大的电源模块， ON/OFF 引脚也可以连接到 MCU 进行控制。

4．双路模块，注意负载平衡

对于双路输出模块，两路输出对负载的要求不同，这类模块通常只对其中一路进行稳压反馈，另一路通过变压器耦合达到所需的电压。

当稳压主路负载过重辅路过轻时，辅路电压会飘高较多，此时辅路对电压要求严格时，需增加三端稳压器。而当非稳压辅路负载过重主路过轻时，可能出现输出电压不稳定或者辅路电压过低的情况，此时需给主路增加假负载。

致远电子的部分模块是主辅路均稳压的，例如 ZY0GD1212DI3-15W 就是双 12V 双稳压输出产品。

5．并联与冗余，不是一回事

当手头有两个相同的模块，而单个的功率不足时，很自然的想到两个模块并联使用，以满足功率要求，但将普通电源模块并联使用提升功率的方法存在极大隐患，输出电压偏高的模块需提供过大的电流而导致模块过功率。

图4 冗余应用

如上图电路（a）所示，负载需 5W 功率，超出单个模块的带载能力，则其中一个模块可能存在超负荷使用的情况。对于此种应用，需使用单个大于 5W 功率的模块，比如 ZY0JGB12P-10W 。而电路（b）则不然，每个模块的功率均能满足负载的需要，此时属于冗余设计。

6．钽电容虽好，放在电源输入输出需谨慎

钽二氧化锰电容比较容易击穿短路，抗浪涌能力差，开机时或外部供电接入时，很可能形成较大的浪涌电流或电压，造成钽电容的烧毁短路或过压击穿，在未做严格评估的情况下，建议使用陶瓷电容或电解电容。

7. 选择优质的隔离电源模块，让电路设计事半功倍

致远电子自主研发、生产的隔离电源模块，具有宽输入电压范围，隔离 1000VDC 、 1500VDC 、 3000VDC 多个系列，封装形式多样，兼容国际标准的 SIP 、 DIP 等封装，也可根据项目的特殊情况，提供量体裁衣的定制服务，为客户定制特色功能、特别封装的隔离电源。同时致远电子根据丰富的电源设计及应用经验，可为用户提供专业的电源外围应用电路设计经验参考，提升产品的可靠性。