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現(xiàn)在電源模塊的體積越來(lái)越小，功率密度也越來(lái)越高，并且模塊的工作環(huán)境也愈發(fā)惡劣，其高低溫設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)以及應(yīng)力問(wèn)題逐漸引起了各位工程師的重視。電源模塊的可靠性設(shè)計(jì)有何秘籍？本文為你揭曉。 對(duì)于一個(gè)電源模塊來(lái)說(shuō)，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(guān)注的參數(shù)便是其高低溫性能了。 一、高低溫測(cè)試是什么？有什么作用？ 一般在不同的使用領(lǐng)域，對(duì)電源模塊的工作溫度范圍要求是不同的： 高低溫測(cè)試被用來(lái)確定產(chǎn)品在低溫、高溫兩個(gè)極端氣候環(huán)境條件下的適應(yīng)性和一致性。因?yàn)樵骷奶匦栽诘蜏亍⒏邷氐臈l件下會(huì)發(fā)生一定的變化，性能參數(shù)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(méi)有問(wèn)題，但拿到高低溫環(huán)境測(cè)試就發(fā)現(xiàn)工作不正常或者性能參數(shù)明顯下降。
（1）熱設(shè)計(jì) 電源模塊的熱設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是：通過(guò)熱設(shè)計(jì)在滿足性能要求的前提下盡可能減少模塊內(nèi)部產(chǎn)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(zhǎng)時(shí)間工作后采用紅外熱成像儀測(cè)試其表面溫度。其中MOS管常溫不灌封實(shí)測(cè)的最高溫度為85．5℃，然后采用熱電偶配合數(shù)據(jù)采集儀對(duì)填充灌封膠的成品在高溫條件下測(cè)試其各種情況下的溫度，最高為97．2℃，對(duì)于最高溫度為175℃的MOS管，其溫度降額滿足Ⅰ級(jí)降額，性能可謂是比較優(yōu)異的。 （2）降額設(shè)計(jì) 所謂的降額設(shè)計(jì)是使零部件的使用應(yīng)力低于其額定應(yīng)力的一種設(shè)計(jì)方法。將元器件進(jìn)行降額使用使電子元器件的工作應(yīng)力適當(dāng)?shù)陀谄湟?guī)定的額定值，具體降額等級(jí)可以參考《國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)——元器件降額準(zhǔn)則GJB／Z35－93》，一般可分成三個(gè)降額等級(jí)： 對(duì)于電源模塊的應(yīng)力設(shè)計(jì)，重點(diǎn)關(guān)注場(chǎng)效應(yīng)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(nèi)在穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、短路等各種極限條件下都能有足夠的降額，以保障產(chǎn)品的可靠性。例如對(duì)于某Vds最高電壓為100V的MOS管，作為電源模塊的主功率開(kāi)關(guān)管，實(shí)測(cè)其在最高輸入電壓下的各種狀態(tài)（如圖1～3所示），最高Vds＝67．2V，降額因子0．672，滿足Ⅰ級(jí)降額，余量很充足。 圖1 穩(wěn)態(tài)工作時(shí)MOS管波形Vds＿max＝57．2V 圖2 輸出短路時(shí)MOS管波形Vds＿max＝67．2V 圖3 起機(jī)瞬態(tài)時(shí)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(yīng)越來(lái)越高，電源模塊有關(guān)熱設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題尤其突出。特別是對(duì)使用有電解電容的電源模塊，高溫會(huì)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(huì)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(dǎo)致絕緣耐壓不良甚至造成匝間短路。良好的熱設(shè)計(jì)不僅可延長(zhǎng)電源模塊和其周圍元器件的使用壽命，還可使整個(gè)產(chǎn)品發(fā)熱均勻，減少故障的發(fā)生。 |
