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。
致远电源模块以其效率高、输入电压范围宽、体积小、可靠性高、耐冲击、隔离特性好,温度范围宽等特性,适用于做板级的供电电源,广泛应用于电力、工业自动化、通讯、医疗、交通、楼宇自动化、仪器仪表和汽车电子等众多领域。
我要投稿
近期活动
编辑推荐
Silicon Labs针对汽车市场推出经AEC-Q100认证的EFM8微控制器

中国,北京—2016年11月23日—Silicon Labs(亦名“芯科科技”,NASDAQ:SLAB)宣布推出两个系列的汽车级EFM8 微控制器(MCU)产品,设计旨在满足广泛的车内触摸界面和车身电子电机控制应用。经过AEC-Q100认证的、超低功耗的新型EFM8SB1 Sleepy Bee系列产品提供先进的片上电容式触摸技术,可以实现用触摸控制来轻松地替代物理按钮。EFM8BB1 BB2 Busy Bee系列产品拥有高性能的模拟和数字外设,从而使这些器件可以作为一种通用的选择,来控制电动后视镜、车头灯和座椅等。

帖子推荐更多

Copyright 2008-2017 21dianyuan.com All Rights Reserved 备案许可证号为:津ICP备10002348