DC／DC電源模塊各方面性能與溫度的關(guān)系分析

圖3：變壓器電感量與溫度的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)中還測(cè)試了電路中的輸入輸出的其他電感元件的電感量隨溫度的變化。在整個(gè)加熱階段，其他元件的電感量隨溫度變化很小，與變壓器電感量變化相比可以忽略。而且在變壓器電感量下降的階段，其他電感元件的電感量變化仍然較小。

為了校正環(huán)境溫度與模塊因自生熱升高的溫度，選擇一模塊，將模塊外殼穿孔，并將感溫線放到變壓器的圓孔內(nèi)部，測(cè)試變壓器的溫度，通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)處理，得到變壓器溫度與環(huán)境溫度的關(guān)系函數(shù)：y=1.18x+13。可見(jiàn)變壓器的溫度遠(yuǎn)高于電源模塊的工作溫度。當(dāng)環(huán)境溫度為150℃，感溫線測(cè)試的結(jié)果約190℃，由于感溫線測(cè)試點(diǎn)是變壓器圓孔內(nèi)部的空氣，不是變壓器的磁芯溫度，因此感溫線的測(cè)量結(jié)果比實(shí)際的變壓器的溫度要低很多，由此可以判斷變壓器的磁芯溫度將接近居里點(diǎn)，因此當(dāng)模塊的環(huán)境溫度超過(guò)150℃時(shí)，模塊中變壓器的溫度將達(dá)到變壓器磁芯的居里點(diǎn)溫度，此時(shí)模塊的輸出電壓幾乎為零。

脈寬調(diào)制解調(diào)器(PWM)

PWM的主要功能是根據(jù)輸出反饋，調(diào)節(jié)脈沖波形的占空比，并驅(qū)動(dòng)功率器件，從而得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。

在該型號(hào)電源模塊中，PWM-SG3524的功能是提供兩路方波信號(hào)給三極管和VDMOS，并根據(jù)方波信號(hào)的寬度控制VDMOS的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間。在此試驗(yàn)中，對(duì)電路工作狀態(tài)的PWM-SG3524單獨(dú)加溫，并測(cè)試輸出方波信號(hào)與溫度的關(guān)系，測(cè)得波形沒(méi)有明顯變化;在加溫的同時(shí)對(duì)模塊的輸入、輸出電流電壓進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)隨著PWM所在環(huán)境溫度的升高輸入電流與輸入電壓變化都很小;輸出電壓與輸出電流變化也很小，加熱PWM導(dǎo)致電參數(shù)變化與模塊整體加熱電參數(shù)相比可以忽略。證明PWM-SG3524對(duì)模塊的溫度特性影響較小。

VDMOS

VDMOS(垂直雙擴(kuò)散場(chǎng)效應(yīng)晶體管)在模塊電路中作為開(kāi)關(guān)器件，在感性負(fù)載下工作，承受高尖峰電壓和大電流，具有較高的開(kāi)關(guān)損耗和溫升，其開(kāi)關(guān)頻率可高達(dá)130 kHz，在這樣高的頻率下工作，可能引起內(nèi)部多種退化機(jī)制，導(dǎo)致VDMOS的性能下降，甚至失效。

在本實(shí)驗(yàn)中對(duì)模塊中的VDMOS單獨(dú)加溫，測(cè)試模塊電學(xué)參數(shù)的變化，通過(guò)測(cè)試得到當(dāng)溫度到180℃時(shí)，輸入電流隨溫度的升高有較為明顯的增加。而輸出電壓、輸出電流隨溫度的升高變化較小。此外計(jì)算模塊的輸出效率，判斷模塊是否處在正常工作狀態(tài)，通過(guò)計(jì)算可到對(duì)VDMOS單獨(dú)加熱到180℃時(shí)，模塊的輸入電流迅速增加。而當(dāng)溫度升至220℃，輸出電壓幾乎沒(méi)有變化，由于模塊在150℃已經(jīng)失效，而此時(shí)單獨(dú)加熱溫度已經(jīng)高達(dá)180℃，遠(yuǎn)高于模塊整體加熱失效的溫度，因此VDMOS的溫度特性不是影響輸出電壓變化的原因。

二極管(SBD)

在模塊中使用的二極管有穩(wěn)壓二極管，整流二極管，其中整流二極管在電壓轉(zhuǎn)換過(guò)程中扮演了重要的角色。在變壓器的輸出端，兩個(gè)整流二極管在不同時(shí)段導(dǎo)通，使交流脈動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為直流脈動(dòng)。在本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)電路中的SBD單獨(dú)加熱，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，模塊的輸出電壓沒(méi)有較明顯的變化。因此模塊在高溫工作的環(huán)境下，SBD不是引起模塊輸出電壓下降的主要因素。

光電耦合器

光電耦合器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)光耦)以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入，輸出電信號(hào)有良好的隔離作用。光耦一般由3部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，它被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電一光一電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出隔離的作用。由于光耦輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。