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如何保障模塊電源高低溫性能的可靠性

2020-08-14

對(duì)于一個(gè)模塊電源來說,首先要滿足輸入電壓范圍、額定功率、隔離耐壓、效率、紋波和噪聲等輸入輸出特性使用要求。然后最常關(guān)注的便是其可靠性和高低溫性能了,那么,如何保障模塊電源的高低溫性能呢?


1、高低溫測(cè)試

高低溫測(cè)試被用來確定產(chǎn)品在低溫和高溫兩個(gè)極端氣候環(huán)境條件下的適應(yīng)性和一致性。因?yàn)樵骷奶匦栽诘蜏睾透邷氐臈l件下會(huì)發(fā)生一定的變化,性能參數(shù)具有溫度漂移特性。所以往往很多模塊電源在常溫條件下是沒有問題的,但是拿到高低溫環(huán)境測(cè)試就會(huì)發(fā)現(xiàn)工作不穩(wěn)定或者性能參數(shù)明顯下降。同時(shí)通過長時(shí)間高溫老化可以使元器件的缺陷、焊接和裝配等生產(chǎn)過程中存在的安全隱患提前暴露出來。


2、熱設(shè)計(jì)

模塊電源的熱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單來說就是通過熱設(shè)計(jì)在滿足性能要求的前提下盡可能減少模塊內(nèi)部產(chǎn)生的熱量,減少熱阻,選擇合理的冷卻方式,發(fā)熱元器件要盡可能使其分散布局。設(shè)計(jì)PCB板時(shí)要保證印制線的載流容量,印制線的寬度必須適于電流的傳導(dǎo)。對(duì)于大功率的貼片元器件,可以采用大面積敷銅箔的方式,以加大PCB的散熱面積。模塊電源內(nèi)部可通過填充導(dǎo)熱硅膠和樹脂等來降低模塊內(nèi)部元器件的溫升。對(duì)于體積較大的模塊電源,可以使用散熱片進(jìn)行散熱,增加對(duì)流和輻射的表面積從而大大地改善電子器件的散熱效果。


3、降額設(shè)計(jì)

降額設(shè)計(jì)是將元器件進(jìn)行降額使用,就是使電子元器件的工作應(yīng)力適當(dāng)?shù)陀谄湟?guī)定的額定值,降額使用的元器件可延緩和減小其退化,提高了元器件的可靠性,從而也提高了模塊的可靠性。具體降額等級(jí)可以參考《國家軍用標(biāo)準(zhǔn)—元器件降額準(zhǔn)則GJB/Z35-93》,一般可分成三個(gè)降額等級(jí)。

Ⅰ級(jí)降額:這是最大的降額,適用于設(shè)備故障將會(huì)危及安全,導(dǎo)致任務(wù)失敗和造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的情況。

Ⅱ級(jí)降額:工作應(yīng)力減小對(duì)元器件可靠性增長有明顯效益,適用于設(shè)備故障會(huì)使工作任務(wù)降級(jí),或需支付不合理的維修費(fèi)用。

Ⅲ級(jí)降額:這是最小的降額,相對(duì)來說元器件成本也較低。適用于設(shè)備故障對(duì)工作任務(wù)的完成只有小的影響,或可迅速、經(jīng)濟(jì)地加以修復(fù)。


4、應(yīng)力設(shè)計(jì)

對(duì)于模塊電源的應(yīng)力設(shè)計(jì),重點(diǎn)關(guān)注場(chǎng)效應(yīng)管(MOS管)、二極管、變壓器、功率電感、電解電容、限流電阻等。保證全電壓范圍內(nèi)在穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、短路等各種極限條件下都能有足夠的降額,以保障產(chǎn)品的可靠性。


由于電源模塊越趨于小型化,應(yīng)用越來越廣泛,功率密度相應(yīng)越來越高,有關(guān)可靠性方面的問題尤其突出。特別是對(duì)使用有電解電容的模塊電源,高溫會(huì)使電解電容的電解液加速消耗,大大減少電解電容的壽命。高溫會(huì)使元器件材料加速老化,例如使得變壓器漆包線的絕緣特性降低,導(dǎo)致絕緣耐壓不良甚至造成匝間短路。良好的熱設(shè)計(jì)不僅可延長模塊電源和其周圍元器件的使用壽命,還可使整個(gè)產(chǎn)品發(fā)熱均勻,減少故障的發(fā)生。


高低溫試驗(yàn)是電源模塊廠家在確保模塊電源的質(zhì)量、競(jìng)爭(zhēng)能力及其價(jià)格高低的一種必需具有的方式,如果在高低溫試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)品適用一切正常,那么流向用戶的產(chǎn)品可以更加放心安全的使用。


模塊電源常見的低溫和高溫不良的現(xiàn)象有:

1、工作振蕩,輸出電壓紋波和噪聲變大,頻率發(fā)生改變,嚴(yán)重的甚至輸出電壓跳變,模塊嘯叫。

2、啟動(dòng)不良,如啟動(dòng)時(shí)輸出電壓升上波形有明顯掉溝,輸出電壓不穩(wěn)定,甚至模塊完全啟動(dòng)失效。

3、帶容性負(fù)載能力減弱,無法帶最大容性負(fù)載啟動(dòng)。

4、啟動(dòng)時(shí)輸出電壓過沖幅度變大,超出規(guī)定范圍。

5、重載或滿載工作時(shí)輸出電壓明顯降低。

6、高溫老化損壞,模塊沒有輸出。


所以,可靠性高的模塊電源必須保證在高低溫等極端條件下工作正常,滿足性能參數(shù)要求。除了基本性能參數(shù)測(cè)試外,全面的高低溫測(cè)試,電應(yīng)力和熱應(yīng)力測(cè)試,保證足夠的降額設(shè)計(jì)要求,并且通過長時(shí)間的老化測(cè)試,才可以保證模塊電源安全可靠。

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