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現在電源模塊的體積越來越小，功率密度也越來越高，并且模塊的工作環境也愈發惡劣，其高低溫設計、熱設計以及應力問題逐漸引起了各位工程師的重視。電源模塊的可靠性設計有何秘籍？本文為你揭曉。 對于一個電源模塊來說，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滿足使用要求。而在這之后各位工程師最常關注的參數便是其高低溫性能了。 一、高低溫測試是什么？有什么作用？ 一般在不同的使用領域，對電源模塊的工作溫度范圍要求是不同的： 高低溫測試被用來確定產品在低溫、高溫兩個極端氣候環境條件下的適應性和一致性。因為元器件的特性在低溫、高溫的條件下會發生一定的變化，性能參數具有溫度漂移特性。所以往往很多電源模塊在常溫條件下沒有問題，但拿到高低溫環境測試就發現工作不正常或者性能參數明顯下降。
（1）熱設計 電源模塊的熱設計，簡單來說就是：通過熱設計在滿足性能要求的前提下盡可能減少模塊內部產生的熱量，減少熱阻，選擇合理的冷卻方式。
圖中展示的是尚未灌封的電源模塊，常溫長時間工作后采用紅外熱成像儀測試其表面溫度。其中MOS管常溫不灌封實測的最高溫度為85．5℃，然后采用熱電偶配合數據采集儀對填充灌封膠的成品在高溫條件下測試其各種情況下的溫度，最高為97．2℃，對于最高溫度為175℃的MOS管，其溫度降額滿足Ⅰ級降額，性能可謂是比較優異的。 （2）降額設計 所謂的降額設計是使零部件的使用應力低于其額定應力的一種設計方法。將元器件進行降額使用使電子元器件的工作應力適當低于其規定的額定值，具體降額等級可以參考《國家軍用標準——元器件降額準則GJB／Z35－93》，一般可分成三個降額等級： 對于電源模塊的應力設計，重點關注場效應管（MOS管）、二極管、變壓器、功率電感、電解電容、限流電阻等。保證全電壓范圍內在穩態、瞬態、短路等各種極限條件下都能有足夠的降額，以保障產品的可靠性。例如對于某Vds最高電壓為100V的MOS管，作為電源模塊的主功率開關管，實測其在最高輸入電壓下的各種狀態（如圖1～3所示），最高Vds＝67．2V，降額因子0．672，滿足Ⅰ級降額，余量很充足。 圖1 穩態工作時MOS管波形Vds＿max＝57．2V 圖2 輸出短路時MOS管波形Vds＿max＝67．2V 圖3 起機瞬態時MOS管波形Vds＿max＝59V 由于電源模塊越趨于小型化，功率密度相應越來越高，電源模塊有關熱設計方面的問題尤其突出。特別是對使用有電解電容的電源模塊，高溫會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，導致絕緣耐壓不良甚至造成匝間短路。良好的熱設計不僅可延長電源模塊和其周圍元器件的使用壽命，還可使整個產品發熱均勻，減少故障的發生。 |
