如何正確合理的選用DCDC模塊電源

如何正確合理的選用DC/DC模塊電源DC/DC模塊電源以其體積小巧、性能卓異、使用方便的顯著特點(diǎn)，在通信、網(wǎng)絡(luò)、工控、鐵路、軍事等領(lǐng)域日益得到廣泛的應(yīng)用。很多系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員已經(jīng)意識(shí)到：正確合理地選用DC/DC模塊電源，可以省卻電源設(shè)計(jì)、調(diào)試方面的麻煩，將主要精力集中在自己專業(yè)的領(lǐng)域，這樣不僅可以提高整體系統(tǒng)的可靠性和設(shè)計(jì)水平，而且更重要的是縮短了整個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)周期，為在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中領(lǐng)先致勝贏得了寶貴商機(jī)。那么，怎樣正確合理地選用DC/DC模塊電源呢，筆者將從DC/DC模塊電源開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的角度，談一談這方面的問(wèn)題，以供廣大系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員參考。電源模塊選擇需要考慮的幾個(gè)方面額定功率封裝形式溫度范圍與降額使用隔離電壓功耗和效率額定功率一般建議實(shí)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(guān)，后面將會(huì)提到。），這個(gè)功率范圍內(nèi)模塊電源各方面性能發(fā)揮都比較充分而且穩(wěn)定可靠。負(fù)載太輕造成資源浪費(fèi)，太重則對(duì)溫升、可靠性等不利。所有模塊電源均有一定的過(guò)載能力，但是仍不建議長(zhǎng)時(shí)間工作在過(guò)載條件下，畢竟這是一種短時(shí)應(yīng)急之計(jì)。封裝形式DC/DC變換器的外形尺寸和輸出形式差異很大。小功率產(chǎn)品采用密封外殼，外形十分纖??；大功率產(chǎn)品常采用quarter-brick或half-brick的形式，電路或暴露，或以外殼包裹。在選擇時(shí)，需要注意以下兩個(gè)方面：第一，引腳是否在同一平面上；第二，是否便于焊接。SMT形式的變換器必須要符合IEC191-6:1990標(biāo)準(zhǔn)的要求，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SMT器件引腳的共面問(wèn)題做出了嚴(yán)格限定。器件引腳不共面會(huì)造成器件裝配時(shí)定位困難，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，提高次品率。SMT形式的變換器應(yīng)能承受規(guī)定的焊接條件。對(duì)于絕大多數(shù)現(xiàn)代流水線而言，器件必須滿足CEC00802標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的回流焊要求，即器件表面溫度可超過(guò)300℃。如果變換器不能滿足這個(gè)要求，就需要為其設(shè)計(jì)專門的焊接裝配工藝，這會(huì)增加裝配時(shí)間，提高生產(chǎn)成本。模塊電源的封裝形式多種多樣，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的也有，非標(biāo)準(zhǔn)的也有，就同一公司產(chǎn)品而言，相同功率產(chǎn)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(gè)方面：①一定功率條件下體積要盡量小，這樣才能給系統(tǒng)其他部分更多空間更多功能；②盡量選擇符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)封裝的產(chǎn)品，因?yàn)榧嫒菪暂^好，不局限于一兩個(gè)供貨廠家；③應(yīng)具有可擴(kuò)展性，便于系統(tǒng)擴(kuò)容和升級(jí)。選擇一種封裝，系統(tǒng)由于功能升級(jí)對(duì)電源功率的要求提高,電源模塊封裝依然不變,系統(tǒng)線路板設(shè)計(jì)可以不必改動(dòng),從而大大簡(jiǎn)化了產(chǎn)品升級(jí)更新?lián)Q代，節(jié)約時(shí)間。全部符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，為業(yè)界廣泛采用的半磚、全磚封裝，與VICOR、LAMBDA等著名品牌完全兼容，并且半磚產(chǎn)品功率范圍覆蓋50～200W，全磚產(chǎn)品覆蓋100～300W。溫度范圍與降額使用一般廠家的模塊電源都有幾個(gè)溫度范圍產(chǎn)品可供選用：商品級(jí)、工業(yè)級(jí)、軍用級(jí)等，在選擇模塊電源時(shí)一定要考慮實(shí)際需要的工作溫度范圍，因?yàn)闇囟鹊燃?jí)不同材料和制造工藝不同價(jià)格就相差很大，選擇不當(dāng)還會(huì)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(jù)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(shí)際使用功率已經(jīng)接近額定功率，那么模塊標(biāo)稱的溫度范圍就必須嚴(yán)格滿足實(shí)際需要甚至略有裕量。二是根據(jù)溫度范圍來(lái)選，如果由于成本考慮選擇了較小溫度范圍的產(chǎn)品，但有時(shí)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(chǎn)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(jí)不同而不同，一般50W以上為3～10W/℃?？傊催x擇寬溫度范圍的產(chǎn)品，功率利用更充分，封裝也更小一些，但價(jià)格較高；要么選擇一般溫度范圍產(chǎn)品，價(jià)格低一些，功率裕量和封裝形式就得大一些。應(yīng)折衷考慮。商品級(jí)(0℃到+70℃)工業(yè)級(jí)(-40℃到+85℃)軍用級(jí)(-55℃到+125℃)變頻與定頻和所有開(kāi)關(guān)型器件一樣，DC/DC變換器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，因此濾波性能的好壞也是重要的選型依據(jù)。集成化的DC/DC變換器通常采用的是變頻開(kāi)關(guān)技術(shù)或是定頻開(kāi)關(guān)技術(shù)。采用變頻開(kāi)關(guān)技術(shù)的變換器由于要根據(jù)負(fù)載狀況進(jìn)行不斷調(diào)整，所以會(huì)導(dǎo)致頻帶展寬，增加濾波器的復(fù)雜度。而定頻開(kāi)關(guān)變換器在這方面則簡(jiǎn)便許多，甚至可以使用LC濾波器。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(dòng)態(tài)響應(yīng)也更好，但是對(duì)元器件特別是磁性材料的要求也越高，成本會(huì)有增加，所以國(guó)內(nèi)模塊電源產(chǎn)品開(kāi)關(guān)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(fù)載變條件下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求，因此高要求場(chǎng)合應(yīng)用要考慮采用高開(kāi)關(guān)頻率的產(chǎn)品。另外一方面當(dāng)模塊電源開(kāi)關(guān)頻率接近信號(hào)工作頻率時(shí)容易引起差拍振蕩，選用時(shí)也要考慮到這一點(diǎn)。隔離度絕大多數(shù)的電路都必須實(shí)現(xiàn)隔離，即將負(fù)載連同負(fù)載對(duì)本地電源的噪聲與電網(wǎng)的其他負(fù)載和噪聲隔開(kāi)。只有隔離變換器能夠達(dá)到這個(gè)要求。采用隔離變換器除了實(shí)現(xiàn)上述要求之外，還可以實(shí)現(xiàn)差分形式的輸出，以及雙極型輸出(見(jiàn)圖)。此外，將隔離型變換器的輸出高壓端與負(fù)載的電源地相連，就形成了負(fù)電源。由于電壓參考點(diǎn)不是地，因此負(fù)載可以獲得更高的電壓。采用隔離型變換器的另一個(gè)妙處是：可以將多個(gè)具有不同輸出電壓的變換器級(jí)聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)電源。對(duì)于那些單個(gè)變換器的輸出電壓達(dá)不到工作電壓要求的設(shè)備，這種特性非常有用。在一定時(shí)限內(nèi)(通常是1秒)變換器所能承受的、施加在輸入端和輸出端之間的最高電壓，稱為變換器的隔離強(qiáng)度。而變換器的額定工作電壓是指變換器能長(zhǎng)時(shí)間承受的加在輸入端的電壓，這個(gè)電壓低