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DC-DC模塊電源的多種設計選擇

來源: 發布時間:2022-03-08 16:16:24 次瀏覽
DC-DC作為一種小型的開關電源,因其體型小巧、性能強勁等優點已經廣泛應用到電子電子的設計當中。在通信、網絡、工控、鐵路、軍事等領域日益得到廣泛的應用。很多系統設計人員已經意識到:正確合理地選用DC/DC模塊電源,可以省卻電源設計、調試方面的麻煩,將主要精力集中在自己的領域,這樣不僅可以提高整體系統的可靠性和設計水平,而且更重要的是縮短了整個產品的研發周期,怎樣正確合理地選用DC/DC模塊電源呢?

其實在選擇DC-DC直流模塊電源的時候,我們有很多種選擇,除去基本的電壓轉換功能之外,我們還有如下幾個方面要考慮。

額定功率:一般建議實際使用功率是模塊電源額定功率的30~80%為宜(具體比例大小還與其他因素有關,后面將會提到。),這個功率范圍內模塊電源各方面性能發揮都比較充分而且穩定可靠。負載太輕造成資源浪費,太重則對溫升、可靠性等不利。所有模塊電源均有一定的過載能力。

封裝形式:模塊電源的封裝形式多種多樣,符合國際標準的也有,非標準的也有,就同一公司產品而言,相同功率產品有不同封裝,相同封裝有不同功率,那么怎么選擇封裝形式呢?

主要有三個方面:
① 一定功率條件下體積要盡量小,這樣才能給系統其他部分更多空間更多功能;
② 盡量選擇符合國際標準封裝的產品,因為兼容性較好,不局限于一兩個供貨廠家;
③ 應具有可擴展性,便于系統擴容和升級。選擇一種封裝,系統由于功能升級對電源功率的要求提高,電源模塊封裝依然不變,系統線路板設計可以不必改動,從而大大簡化了產品升級更新換代,節約時間。

溫度范圍與降額使用:
一般廠家的模塊電源都有幾個溫度范圍產品可供選用:商品級、工業級、軍用級等,在選擇模塊電源時一定要考慮實際需要的工作溫度范圍,因為溫度等級不同材料和制造工藝不同價格就相差很大,選擇不當還會影響使用,因此不得不慎重考慮??梢杂袃煞N選擇方法:一是根據使用功率和封裝形式選擇,如果在體積(封裝形式)一定的條件下實際使用功率已經接近額定功率,那么模塊標稱的溫度范圍就必須嚴格滿足實際需要甚至略有裕量。

二是根據溫度范圍來選,如果由于成本考慮選擇了較小溫度范圍的產品,但有時也有溫度逼近極限的情況,怎么辦呢?降額使用。

即選擇功率或封裝更大一些的產品,這樣“大馬拉小車”,溫升要低一些,能夠從一定程度上緩解這一矛盾。降額比例隨功率等級不同而不同,一般50W以上為 3~10W/℃??傊催x擇寬溫度范圍的產品,功率利用更充分,封裝也更小一些,但價格較高;要么選擇一般溫度范圍產品,價格低一些,功率裕量和封裝形式就得大一些。應折衷考慮。

工作頻率:
一般而言工作頻率越高,輸出紋波噪聲就更小,電源動態響應也更好,但是對元器件特別是磁性材料的要求也越高,成本會有增加,所以國內模塊電源產品開關頻率多為在300kHz以下,甚至有的只有100kHz左右,這樣就難以滿足負載變條件下動態響應的要求,因此高要求場合應用要考慮采用高開關頻率的產品。另外一方面當模塊電源開關頻率接近信號工作頻率時容易引起差拍振蕩,選用時也要考慮到這一點。

隔離電壓:
一般場合使用對模塊電源隔離電壓要求不是很高,但是更高的隔離電壓可以保證模塊電源具有更小的漏電流,更高的安全性和可靠性,并且EMC特性也更好一些,因此目前業界普遍的隔離電壓水平為1500VDC以上。

故障保護功能:
有關統計數據表明,模塊電源在預期有效時間內失效的主要原因是外部故障條件下損壞。而正常使用失效的機率是很低的。因此延長模塊電源壽命、提高系統可靠性的重要一環是選擇保護功能完善的產品,即在模塊電源外部電路出現故障時模塊電源能夠自動進入保護狀態而不至于失效,外部故障消失后應能自動恢復正常。模塊電源的保護功能應至少包括輸入過壓、欠壓、軟啟動保護;輸出過壓、過流、短路保護,大功率產品還應有過溫保護等。

額定功率、封裝形式、故障保護等多種途徑對DC-DC的選擇進行了分析,提供了電壓轉換功能之外的更多種選擇,因此我們就能更加快捷并且正確的選擇DC-DC模塊電路,加速設計時間,節約成本。
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