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如何保障模块电源高低温性能的可靠性

来源:   发布时间:2022-02-08   点击量:143

对于一个模块电源来说,首先要满足输入电压范围、额定功率、隔离耐压、纹波和噪声等输入输出特性及使用要求。其次最常关注的便是其可靠性和高低温性能了。那么,如何保障模块电源的高低温性能呢?


1、高低温测试

高低温测试被用来确定产品在低温和高温两个极端气候环境条件下的适应性和一致性。因为元器件的特性在低温和高温的条件下会发生一定的变化,性能参数具有温度漂移特性。所以往往很多模块电源在常温条件下是没有问题的,但是拿到高低温环境测试就会发现工作不稳定或者性能参数明显下降。同时通过长时间高温老化可以使元器件的缺陷、焊接和装配等生产过程中存在的安全隐患提前暴露出来。

 

2、热设计

模块电源的热设计简单来说就是通过热设计在满足性能要求的前提下尽可能减少模块内部产生的热量,减少热阻,选择合理的冷却方式,发热元器件要尽可能使其分散布局。设计PCB板时要保证印制线的载流容量,印制线的宽度必须适于电流的传导。对于大功率的贴片元器件,可以采用大面积敷铜箔的方式,以加大PCB的散热面积。模块电源内部可通过填充导热硅胶和树脂等来降低模块内部元器件的温升。对于体积较大的模块电源,可以使用散热片进行散热,增加对流和辐射的表面积从而大大地改善电子器件的散热效果。

 

3、降额设计

降额设计是将元器件进行降额使用,就是使电子元器件的工作应力适当低于其规定的额定值,降额使用的元器件可延缓和减小其退化,提高了元器件的可靠性,从而也提高了模块的可靠性。具体降额等级可以参考《国家军用标准—元器件降额准则GJB/Z35-93》,一般可分成三个降额等级

Ⅰ级降额:这是最大的降额,适用于设备故障将会危及安全,导致任务失败和造成严重经济损失的情况。

Ⅱ级降额:工作应力减小对元器件可靠性增长有明显效益,适用于设备故障会使工作任务降级,或需支付不合理的维修费用。

Ⅲ级降额:这是最小的降额,相对来说元器件成本也较低。适用于设备故障对工作任务的完成只有小的影响,或可迅速、经济地加以修复。

 

4、应力设计

对于模块电源的应力设计,重点关注场效应管(MOS管)、二极管、变压器、功率电感、电解电容、限流电阻等。保证全电压范围内在稳态、瞬态、短路等各种极限条件下都能有足够的降额,以保障产品的可靠性。

 

由于电源模块温会使元器件材料加速老化,例如使得变压器漆包线的绝缘特性降低,导致绝缘耐压不良甚至造成匝间短路。良好的热设计不仅可延长模块电源和其周围元器件的使用寿命,还可使整个产品发热均匀,减少故障的发生。

 

高低温试验是电源模块厂家在确保模块电源的质量、竞争能力及其价格高低的一种必需具有的方式,如果在高低温试验时产品适用一切正常,那么流向用户的产品可以更加放心安全的使用。

 

模块电源常见的低温和高温不良的现象有:

1、工作振荡,输出电压纹波和噪声变大,频率发生改变,严重的甚至输出电压跳变,模块啸叫。

2、启动不良,如启动时输出电压升上波形有明显掉沟,输出电压不稳定,甚至模块完全启动失效。

3、带容性负载能力减弱,无法带最大容性负载启动。

4、启动时输出电压过冲幅度变大,超出规定范围。

5、重载或满载工作时输出电压明显降低。

6、高温老化损坏,模块没有输出。

 

所以,可靠性高的模块电源必须保证在高低温等极端条件下工作正常,满足性能参数要求。除了基本性能参数测试外,全面的高低温测试,电应力和热应力测试,保证足够的降额设计要求,并且通过长时间的老化测试,才可以保证模块电源安全可靠。

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