DC-DC模塊電源的選型應(yīng)注意的事項(xiàng)

1、發(fā)表于 2007-2-15 10:35:56 DC-DC模塊電源選型應(yīng)注意的事項(xiàng)： 負(fù)載要求 設(shè)法降低模塊電源的溫升 輸出電壓的調(diào)節(jié) 遙控開/關(guān)電路 輸入保護(hù)電路 輸出保護(hù)電路 開關(guān)噪聲與電磁干擾的抑制 極輕載使用 一般模塊電源有最小負(fù)載限制，各廠家有所不同，普遍為10%左右，因?yàn)樨?fù)載太輕時(shí)儲(chǔ)能元件續(xù)流困難會(huì)發(fā)生電流不連續(xù)，從而導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定，這是由電源本身的工作原理決定的。但是如果用戶的確有輕載甚至空載使用的情況怎么辦呢，最方便有效的方法是加一定的假負(fù)載，約為輸出功率的2%左右，可以由模塊廠商出廠前預(yù)置，也可以由用戶在模塊外安裝適當(dāng)電阻作為負(fù)載。值得注意的是如果選擇前者，模塊效率會(huì)有所降

2、低。但是有的電路拓?fù)鋮s沒有最小負(fù)載限制。(同步整流的技術(shù)，在這種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下工作是沒有最小負(fù)載要求的，可以在零負(fù)載到滿負(fù)載下得到穩(wěn)定的輸出，只是輸出的紋波和噪聲會(huì)高一點(diǎn)。) 設(shè)法降低模塊電源的溫升 模塊內(nèi)部器件的工作溫度的高低直接影響模塊電源的壽命，器件溫度越低模塊壽命越長(zhǎng)。在一定的工作條件下，模塊電源的損耗是一定的，但是可以通過改善模塊電源的散熱條件來降低其溫升，從而大大延長(zhǎng)其使用壽命。比如：50W以上的模塊電源必須安裝散熱器，散熱器的表面積越大越有利于散熱，且散熱器的安裝方向應(yīng)盡量有利于空氣的自然對(duì)流，功率在150W以上除安裝散熱器以外還可以加裝扇強(qiáng)制風(fēng)冷。此外在環(huán)境溫度較高或空氣流通條

3、件較差的地方模塊須降額使用以減小功耗從而降低溫升，延長(zhǎng)使用壽命。 輸出電壓的調(diào)節(jié) 產(chǎn)品中有TRIM或ADJ輸出管腳的產(chǎn)品,可以通過電阻或電位器對(duì)輸出電壓進(jìn)行一定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。對(duì)TRIM輸出管腳，將電位器的中心與TRIM相連，在所有+S，-S管腳的模塊中，其他兩端分別接+S，-S,沒有+S，-S時(shí)將兩端分別接到相應(yīng)主路的輸出正負(fù)極(+S接+Vin，-S接-Vin)上，調(diào)節(jié)電位器即可。電位器的阻值一般選用510K比較合適。一般微調(diào)范圍為+10%。如圖1所示。 對(duì)ADJ輸出管腳，分為輸入邊調(diào)節(jié)(如SMP系列15W)與輸出邊調(diào)節(jié)(如WS系列15W)。輸出邊調(diào)節(jié)的與TRIM管腳的調(diào)節(jié)方式一樣。輸入邊調(diào)節(jié)

4、的只能上調(diào)輸出電壓，此時(shí)將電位器的其中一端與中心相接，另一端接輸入的地(Vin)。如圖2所示。直接與輸出正負(fù)極相連時(shí)，請(qǐng)單獨(dú)走線以免引入其他不必要的干擾。 在中大功率應(yīng)用中為了保證模塊輸出的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性、減小線路損耗及壓降，模塊輸出端至負(fù)載端的連線應(yīng)盡量短、粗（即阻抗應(yīng)盡量?。B線線徑可按46A/ mm2選取，長(zhǎng)度不超過0.5m。此外，為了消除線路壓 降對(duì)負(fù)載端電壓的影響，還有兩個(gè)解決辦法：一是通過TRIM端適當(dāng)調(diào)高模塊電壓，具體方法是在TRIM端與-sense端（若無此端，可接-Vout 端）之間接一個(gè)10k的電位器并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)輸出電壓上調(diào)；另一方法是將模塊電源輸出端與負(fù)載之間

5、按上面線徑、線長(zhǎng)要求連線外將+sense與-sense端分別與負(fù)載+ 和-端相連（連線線徑不必太大），這樣可保證負(fù)載兩端電壓為設(shè)定值，而模塊輸出電壓則自動(dòng)調(diào)整，但要注意，采用該方法連接時(shí)嚴(yán)禁模塊電源輸出端與負(fù)載之間連線斷開，否則會(huì)引起模塊損壞。 模塊的遙控開/關(guān)操作是通過cnt(rem)端進(jìn)行控制的。一般控制方式有兩種： REM與-Vin(參考地)相連，遙控關(guān)斷，要求VREM小于0.4V；REM懸空或與+ Vin相連，模塊作，要求VREM大于1V； REM與-Vin(參考地)相連，遙控關(guān)斷，要求VREM小于0.4V；REM懸空或與+ Vin相連，模塊作，要求VREM大于1V；REM懸空，遙控關(guān)

6、斷。即所謂“懸空關(guān)斷”(-R)。 如果控制需求要與輸入端隔離則可以使用光耦作為傳遞控制信號(hào)。如圖3所示，R只有在“懸空關(guān)斷”的控制方式時(shí)才有必要使用。 一般來說，正負(fù)邏輯在使用上差別不大，這只是遠(yuǎn)程開關(guān)控制模塊的工作?，F(xiàn)在由于很多的場(chǎng)合有上電時(shí)序要求或電源管理芯片控制，通常會(huì)利用模塊的遙控端子實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，既可節(jié)省成本, 也避免了負(fù)載開關(guān)的功率損耗. 輸入保護(hù)電路 輸入加入C鋁電解電容以吸收模塊輸入端的電壓尖峰并為模塊提供一定的維持電壓?？紤]到紋波的因素，盡量選用低ESR的電容，48V輸入幾十微法左右就可以了。 型網(wǎng)絡(luò)，但在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意盡量選擇較小的電感和較大的電容。p一般本公司的產(chǎn)品都有

7、內(nèi)置的濾波器，能滿足一般電源應(yīng)用的要求。但如果對(duì)需要更高的要求的電源系統(tǒng)中可以增加輸入濾波網(wǎng)絡(luò)，可以采用簡(jiǎn)單LC或 輸入應(yīng)加鋁電解電容以吸收模塊輸入端的電壓尖峰并為模塊提供一定的維持電壓，一般在2550W功率48V輸入的模塊，選擇幾十微法左右的電容較為合適?？紤]到紋波的因素，盡量選用低ESR的電容。 為了防止輸入電源瞬態(tài)高壓將電源模塊燒毀，建議用戶在輸入端接瞬態(tài)吸收二極管并配合保險(xiǎn)管使用，確保模塊在安全的輸入電壓范圍之內(nèi).為了降低共模噪聲，可以增加Y電容。一般選擇幾納法高頻電容。在圖4中，R為保險(xiǎn)管，D1為反接保護(hù)二極管，C為濾波電容(如鋁電解電容)、CY為Y電容，D2為瞬態(tài)吸收二極管(P6K

8、E系列)。 輸入電壓標(biāo)稱值輸入電壓范圍推薦瞬態(tài)吸收二極管廠家24V18-36VP6KE39AMotorola48V36-72VP6KE75AMotorola110V72-144VP6KE150AMotorola 電源輸出保護(hù) 電源輸出保護(hù) 電容 作為電源去耦及抗干擾的手段,在現(xiàn)代電子線路中必不可少。一般本公司的電源模塊考慮這個(gè)因素,都有相當(dāng)?shù)娜菪载?fù)載能力.但由于考慮到電源的綜合保護(hù)能力, 尤其是輸出短路保護(hù),容性負(fù)載能力不可能太大,否則保護(hù)特性將變差。因此用戶在使用過程中負(fù)載電容總量不應(yīng)超過最大容性負(fù)載能力。 對(duì)于多路輸出的容性負(fù)載，其分配原則是電容的存儲(chǔ)總能量不能超過0.25J，同時(shí)主路的電

9、容存儲(chǔ)能量要大于等于輔助路電容存儲(chǔ)能量的總和（1/2*?SCV2 ）。如SMP-1251QC的容性負(fù)載能力為+5V/10000uF，-5V/4700 Uf ，+12V/800 uF。 輸出電壓最大容性負(fù)載能力儲(chǔ)能5V20000uF0.25J12V3300uF0.24J15V2200uF0.25J24V800uF0.23J48V220uF0.25J輸出電流保護(hù)一般有四種方式： 1.恒流式:當(dāng)?shù)竭_(dá)電流保護(hù)點(diǎn)時(shí)，輸出電流負(fù)載的進(jìn)一步的加重，略有增加，輸出電壓不斷下降。 2.回折式:當(dāng)?shù)竭_(dá)電流保護(hù)點(diǎn)時(shí)，輸出電流隨負(fù)載的進(jìn)一步的加重，輸出電壓不斷下降，同時(shí)輸出電流也不斷下降。 3.截止式:當(dāng)?shù)竭_(dá)電流保護(hù)

10、點(diǎn)時(shí)，電源模塊輸出被禁止。 4.恒流截止式:當(dāng)?shù)竭_(dá)電流保護(hù)點(diǎn)時(shí)，首先是恒充式的保護(hù)方式，當(dāng)輸出電流達(dá)到某值時(shí)，電源模塊輸出被禁止。 在大部分電路中使用權(quán)恒流式與截止式較多，而比較理想的保護(hù)方式恒流-截止保護(hù)其中恒流式、回折式保護(hù)本質(zhì)上就是自恢復(fù)的，但輸出短路時(shí)的功耗較大，尤其是恒流式。而截止式、恒流-截止式保護(hù)的自恢復(fù)特性須加輔助復(fù)位電路來完成自恢復(fù)，但輸出短路時(shí)的功耗可以通過復(fù)位電路的周期進(jìn)行調(diào)整，即調(diào)整間歇啟動(dòng)的時(shí)間間隔。一般電流保護(hù)點(diǎn)為1.2倍標(biāo)稱輸出電流。一般輸出有過壓嵌位保護(hù)。 電源模塊開關(guān)噪聲與電磁干擾的抑制 -在開關(guān)電源中，功率器件工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生開關(guān)噪聲.

11、特別是在直流電源模塊中, 為了得到較高的功率密度, 開關(guān)頻率一般都很高(數(shù)百至數(shù)千KHz), 開關(guān)噪聲更需要仔細(xì)考慮. 一般地說, 設(shè)計(jì)良好的直流電源模塊內(nèi)部已經(jīng)有了基本的噪聲抑制和濾波電路.但是, 減少開關(guān)噪聲對(duì)鄰近電路的影響和干擾仍然是直流電源模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一. -在模塊的輸入端和輸出端加上足夠的濾波電路是減少干擾的關(guān)鍵措施。電源模塊運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾可分兩類：輻射噪聲和傳導(dǎo)噪聲. 輻射噪聲源于模塊中的電壓和電流的快速變化. 模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu), 及輸入輸出引線上的高頻紋波電流對(duì)輻射噪聲有相當(dāng)?shù)挠绊? 電壓和電流的快速變化源于功率開關(guān)器件的開啟和關(guān)斷. 一般模塊設(shè)計(jì)中采用吸收器 (sn

12、ubber) 減小功率器件開關(guān)時(shí)由于快速變化的電壓和電流產(chǎn)生的高頻震蕩. 因?yàn)橹绷麟娫茨K的尺寸比較小, 輸 入輸出引線短, 加上系統(tǒng)機(jī)殼的屏蔽作用, 大多數(shù)情況下輻射噪聲不是主要問題, 傳導(dǎo)噪聲處理好后, 輻射噪聲往往就迎刃而解了. -傳導(dǎo)噪聲又可細(xì)分為差模 (differential-mode) 噪聲和共模 (common-mode) 噪聲. 差模噪聲出現(xiàn)在輸入及輸出正負(fù)引腳之間, 主要成分是開關(guān)紋波。電源模塊中的功率開關(guān)器件的脈寬調(diào)制 (PMW) 作用產(chǎn)生此類噪聲. 一般的模塊均含輸入差模L-C 濾波器, 但常常仍需要外部濾波. 共模噪聲出現(xiàn)在輸入及輸出引腳與地之間, 主要是功率半導(dǎo)體在

13、開關(guān)瞬間的電壓變化引起的. 其強(qiáng)弱與諸多內(nèi)外在因素相關(guān). NetPower 的模塊內(nèi)也含有共模濾波電路. -為進(jìn)一步減少噪聲干擾，應(yīng)用中一般需外加差模和共模濾波器. 電磁干擾是一個(gè)系統(tǒng)問題，受模塊以外的諸多因素影響，如機(jī)柜設(shè)計(jì)，使用模塊的電路板的布線設(shè)計(jì)，等. 故濾波器的結(jié)構(gòu)和濾波元件的參數(shù)均可能因系統(tǒng)的不同而有相當(dāng)大的差異. -圖4是一個(gè)DC-DC電源模塊的基本使用電路, 外加的主要元件即是為了抑制開關(guān)噪聲。C1-C4 除可抑制差模噪聲外, 還可減少供電電源的輸出阻抗和模塊的輸出阻抗,有利于系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性. -除C2 以外，其它電容一般均為等效串聯(lián)電阻及等效串聯(lián)電感都較小的陶瓷電容，為高頻

14、噪聲電流提供低阻回路. C1，C3，和C4為差模濾波電容. C2應(yīng)為低等效串聯(lián)電阻的電解電容，一般每100 瓦輸入功率須加33- 100F 以上, 電壓等級(jí)應(yīng)大于最高的輸入電壓 (輸入為36-75V 時(shí)，通常用100V 電容). C2還須有足夠的電流定額以滿足高溫大負(fù)載長(zhǎng)期運(yùn)行的的需要. C2的主要功能之一是防止模塊輸入端的供電電源等效輸出阻抗過高，以保證在各種實(shí)際的條件下模塊均能穩(wěn)定運(yùn)行. 不少系統(tǒng)要求在輸入斷電后模塊還可工作一段時(shí)間(比如5ms), C2就需要成為主要的儲(chǔ)能元件. 同時(shí)，C2也為模塊產(chǎn)生的輸入紋波電流提供了一個(gè)通路. 電容C7到C10是共模高頻去耦電容，容值通常在10nF至

15、0.1F之間. 根據(jù)輸入輸出接地的方式不同，這些電容中有些須為高壓電容. 在大多數(shù)應(yīng)用中，增加輸出電容C4可以改進(jìn)輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)和減少輸出引線電感引起的電壓振蕩. 通常這些輸出電容也應(yīng)為低等效串聯(lián)電阻的電容(如陶瓷電容). 輸出紋波噪聲的測(cè)量及輸出電路的處理 PWM開關(guān)電源的輸出的紋波噪聲與開關(guān)頻率有關(guān)。其紋波噪聲分為兩大部分：紋波(包括開關(guān)頻率的紋波和周期及隨機(jī)性漂移)和噪聲(開關(guān)過程中產(chǎn)生)。 在紋波與噪聲的測(cè)量過程中，如果不使用正確的測(cè)量方法將無法正確地測(cè)量出真正輸出紋波噪聲。下面是兩種推薦的測(cè)量方法： 地線環(huán)靠接測(cè)量法：使用帶有地線環(huán)的20MHz示波器探頭，將探針直接接觸正 輸出的管腳，

16、地線環(huán)直接接觸負(fù)輸出的管腳，即所謂靠接測(cè)量，這樣從示波器中讀出的峰峰值為輸出線上的紋波與噪聲。 雙絞線測(cè)量法：輸出管腳接雙絞線后接電容，在電容兩端使用20MHz示波器探頭測(cè)量。 在大多數(shù)電路中，本公司模塊的輸出紋波噪聲都能滿足要求。對(duì)于輸出紋波有較為嚴(yán)格要求的電源系統(tǒng)可以在輸出增加差模濾波器來降低紋波。但在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意盡量選擇較小的電感和較大的電容。如果需要消除減小噪聲，需要加共模濾波器。輸入與輸出及外殼之間加隔離電容(一般為幾Nf)也可以減小共模噪聲。 電磁干擾 輻射噪聲：由于高速開關(guān)，電壓與電流的快速變化。一般來說加一些元器抑制快速變化的電壓和電流產(chǎn)生的高頻震蕩?；蚣右恍┢帘卧O(shè)計(jì)，這些都可以減少輻射噪聲。 傳導(dǎo)噪聲：輸入與輸出之間，分為共模和差模，往往傳導(dǎo)噪聲比較難解決。方法有：增加一些濾波電路就，如LC濾波、外加差模和共模濾波器. 電源應(yīng)用推薦電路