選擇直流穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換模塊的關(guān)鍵點(diǎn)有哪些？
2018-4-16 15:36:24??????點(diǎn)擊：
由于直流穩(wěn)壓電源模塊便于安裝，其結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)頗多，因此在移動(dòng)通訊與交換設(shè)備等領(lǐng)域常能看到與直流穩(wěn)壓電源模塊有關(guān)的設(shè)計(jì)，由此可見直流穩(wěn)壓電源模塊的應(yīng)用非常廣泛。在本文中，小編將從DC-DC直流穩(wěn)壓電源模塊開發(fā)者的角度為大家介紹如何為設(shè)計(jì)選擇一款合適的DC-DC直流穩(wěn)壓電源模塊。
DC/DC直流穩(wěn)壓電源模塊的選擇
選擇使用DC/DC直流穩(wěn)壓電源模塊除了最基本的電壓轉(zhuǎn)換功能外，還有以下幾個(gè)方面需要考慮：
額定功率
一般建議實(shí)際使用功率是直流穩(wěn)壓電源模塊額定功率的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)直流穩(wěn)壓電源模塊各方面性能發(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。所有直流穩(wěn)壓電源模塊均有一定的過載能力，但是仍不建議長(zhǎng)時(shí)間工作在過載條件下，畢竟這是一種短時(shí)應(yīng)急之計(jì)。
封裝形式
直流穩(wěn)壓電源模塊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：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;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;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。以鼎立信公司大功率直流穩(wěn)壓電源模塊產(chǎn)品為例：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
一般廠家的直流穩(wěn)壓電源模塊都有幾個(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，在選擇直流穩(wěn)壓電源模塊時(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/℃。總之要么選擇寬溫度范圍的產(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。
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)直流穩(wěn)壓電源模塊產(chǎn)品開關(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)用要考慮采用高開關(guān)頻率的產(chǎn)品。另外一方面當(dāng)直流穩(wěn)壓電源模塊開關(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)。鼎立信直流穩(wěn)壓電源模塊開關(guān)頻率最高可達(dá)500kHz，具有優(yōu)良的輸出特性。
隔離電壓
一般場(chǎng)合使用對(duì)直流穩(wěn)壓電源模塊隔離電壓要求不是很高，但是更高的隔離電壓可以保證直流穩(wěn)壓電源模塊具有更小的漏電流，更高的安全性和可靠性，并且EMC特性也更好一些，因此目前業(yè)界普遍的隔離電壓水平為1500VDC以上。
故障保護(hù)功能
有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，直流穩(wěn)壓電源模塊在預(yù)期有效時(shí)間內(nèi)失效的主要原因是外部故障條件下?lián)p壞。而正常使用失效的機(jī)率是很低的。因此延長(zhǎng)直流穩(wěn)壓電源模塊壽命、提高系統(tǒng)可靠性的重要一環(huán)是選擇保護(hù)功能完善的產(chǎn)品，即在直流穩(wěn)壓電源模塊外部電路出現(xiàn)故障時(shí)直流穩(wěn)壓電源模塊能夠自動(dòng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)而不至于永久失效，外部故障消失后應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常。直流穩(wěn)壓電源模塊的保護(hù)功能應(yīng)至少包括輸入過壓、欠壓、軟啟動(dòng)保護(hù);輸出過壓、過流、短路保護(hù)，大功率產(chǎn)品還應(yīng)有過溫保護(hù)等。
功耗和效率
根據(jù)公式：
公式中的Pin、Pout、P耗分別為直流穩(wěn)壓電源模塊輸入、輸出功率和自身功率損耗。由此可以看出，輸出功率一定條件下，模塊損耗P耗越小，則效率越高，溫升就低，壽命更長(zhǎng)。除了滿載正常損耗外，還有兩個(gè)損耗值得注意：空載損耗和短路損耗(輸出短路時(shí)直流穩(wěn)壓電源模塊損耗)，因?yàn)檫@兩個(gè)損耗越小，表明模塊效率越高，特別是短路未能及時(shí)采取措施的情況下，可能持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，短路損耗越小則因此失效的機(jī)率也大大減小。當(dāng)然損耗越小也更符合節(jié)能的要求。
本文針對(duì)一般設(shè)計(jì)過程中的DC-DC直流穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換模塊的選擇進(jìn)行了介紹，從多個(gè)不同的方面幫助讀者了解并分析直流穩(wěn)壓電源模塊的選擇對(duì)電路整體設(shè)計(jì)的重要性。對(duì)于此類問題仍有疑問的朋友不妨花上幾分鐘來閱讀本文，相信會(huì)有意想不到的收獲。
DC/DC直流穩(wěn)壓電源模塊的選擇
選擇使用DC/DC直流穩(wěn)壓電源模塊除了最基本的電壓轉(zhuǎn)換功能外，還有以下幾個(gè)方面需要考慮：
額定功率
一般建議實(shí)際使用功率是直流穩(wěn)壓電源模塊額定功率的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)直流穩(wěn)壓電源模塊各方面性能發(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。所有直流穩(wěn)壓電源模塊均有一定的過載能力，但是仍不建議長(zhǎng)時(shí)間工作在過載條件下，畢竟這是一種短時(shí)應(yīng)急之計(jì)。
封裝形式
直流穩(wěn)壓電源模塊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：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;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;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。以鼎立信公司大功率直流穩(wěn)壓電源模塊產(chǎn)品為例：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
一般廠家的直流穩(wěn)壓電源模塊都有幾個(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，在選擇直流穩(wěn)壓電源模塊時(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/℃。總之要么選擇寬溫度范圍的產(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。
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)直流穩(wěn)壓電源模塊產(chǎn)品開關(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)用要考慮采用高開關(guān)頻率的產(chǎn)品。另外一方面當(dāng)直流穩(wěn)壓電源模塊開關(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)。鼎立信直流穩(wěn)壓電源模塊開關(guān)頻率最高可達(dá)500kHz，具有優(yōu)良的輸出特性。
隔離電壓
一般場(chǎng)合使用對(duì)直流穩(wěn)壓電源模塊隔離電壓要求不是很高，但是更高的隔離電壓可以保證直流穩(wěn)壓電源模塊具有更小的漏電流，更高的安全性和可靠性，并且EMC特性也更好一些，因此目前業(yè)界普遍的隔離電壓水平為1500VDC以上。
故障保護(hù)功能
有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，直流穩(wěn)壓電源模塊在預(yù)期有效時(shí)間內(nèi)失效的主要原因是外部故障條件下?lián)p壞。而正常使用失效的機(jī)率是很低的。因此延長(zhǎng)直流穩(wěn)壓電源模塊壽命、提高系統(tǒng)可靠性的重要一環(huán)是選擇保護(hù)功能完善的產(chǎn)品，即在直流穩(wěn)壓電源模塊外部電路出現(xiàn)故障時(shí)直流穩(wěn)壓電源模塊能夠自動(dòng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)而不至于永久失效，外部故障消失后應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常。直流穩(wěn)壓電源模塊的保護(hù)功能應(yīng)至少包括輸入過壓、欠壓、軟啟動(dòng)保護(hù);輸出過壓、過流、短路保護(hù)，大功率產(chǎn)品還應(yīng)有過溫保護(hù)等。
功耗和效率
根據(jù)公式：
公式中的Pin、Pout、P耗分別為直流穩(wěn)壓電源模塊輸入、輸出功率和自身功率損耗。由此可以看出，輸出功率一定條件下，模塊損耗P耗越小，則效率越高，溫升就低，壽命更長(zhǎng)。除了滿載正常損耗外，還有兩個(gè)損耗值得注意：空載損耗和短路損耗(輸出短路時(shí)直流穩(wěn)壓電源模塊損耗)，因?yàn)檫@兩個(gè)損耗越小，表明模塊效率越高，特別是短路未能及時(shí)采取措施的情況下，可能持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，短路損耗越小則因此失效的機(jī)率也大大減小。當(dāng)然損耗越小也更符合節(jié)能的要求。
本文針對(duì)一般設(shè)計(jì)過程中的DC-DC直流穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換模塊的選擇進(jìn)行了介紹，從多個(gè)不同的方面幫助讀者了解并分析直流穩(wěn)壓電源模塊的選擇對(duì)電路整體設(shè)計(jì)的重要性。對(duì)于此類問題仍有疑問的朋友不妨花上幾分鐘來閱讀本文，相信會(huì)有意想不到的收獲。
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