DC-DC模塊電源設(shè)計的多種選擇

　　現(xiàn)如今開關(guān)電源已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到電路電子設(shè)計的方方面面，而其中的DC-DC作為一種小型的開關(guān)電源，因其體型小巧、性能強(qiáng)勁等優(yōu)點已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電子電子的設(shè)計當(dāng)中。在通信、網(wǎng)絡(luò)、工控、鐵路、軍事等領(lǐng)域日益得到廣泛的應(yīng)用。很多系統(tǒng)設(shè)計人員已經(jīng)意識到：正確合理地選用DC/DC模塊電源，可以省卻電源設(shè)計、調(diào)試方面的麻煩，將主要精力集中在自己專業(yè)的領(lǐng)域，這樣不僅可以提高整體系統(tǒng)的可靠性和設(shè)計水平，而且更重要的是縮短了整個產(chǎn)品的研發(fā)周期，為在激烈的市場競爭中領(lǐng)先致勝贏得了寶貴商機(jī)。那么，怎樣正確合理地選用DC/DC模塊電源呢?

　　其實在選擇DC-DC直流模塊電源的時候，我們有很多種選擇，除去基本的電壓轉(zhuǎn)換功能之外，我們還有如下幾個方面要考慮。

　　額定功率：一般建議實際使用功率是模塊電源額定功率的30～80%為宜(具體比例大小還與其他因素有關(guān)，后面將會提到。)，這個功率范圍內(nèi)模塊電源各方面性能發(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，太重則對溫升、可靠性等不利。所有模塊電源均有一定的過載能力。

　　封裝形式：模塊電源的封裝形式多種多樣，符合國際標(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;

　?、?盡量選擇符合國際標(biāo)準(zhǔn)封裝的產(chǎn)品，因為兼容性較好，不局限于一兩個供貨廠家;

　?、?應(yīng)具有可擴(kuò)展性，便于系統(tǒng)擴(kuò)容和升級。選擇一種封裝，系統(tǒng)由于功能升級對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)計可以不必改動,從而大大簡化了產(chǎn)品升級更新?lián)Q代，節(jié)約時間。

　　溫度范圍與降額使用：

　　一般廠家的模塊電源都有幾個溫度范圍產(chǎn)品可供選用：商品級、工業(yè)級、軍用級等，在選擇模塊電源時一定要考慮實際需要的工作溫度范圍，因為溫度等級不同材料和制造工藝不同價格就相差很大，選擇不當(dāng)還會影響使用，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不同而不同，一般50W以上為 3～10W/℃?？傊催x擇寬溫度范圍的產(chǎn)品，功率利用更充分，封裝也更小一些，但價格較高;要么選擇一般溫度范圍產(chǎn)品，價格低一些，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，電源動態(tài)響應(yīng)也更好，但是對元器件特別是磁性材料的要求也越高，成本會有增加，所以國內(nèi)模塊電源產(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)載變條件下動態(tài)響應(yīng)的要求，因此高要求場合應(yīng)用要考慮采用高開關(guān)頻率的產(chǎn)品。另外一方面當(dāng)模塊電源開關(guān)頻率接近信號工作頻率時容易引起差拍振蕩，選用時也要考慮到這一點。

　　隔離電壓：

　　一般場合使用對模塊電源隔離電壓要求不是很高，但是更高的隔離電壓可以保證模塊電源具有更小的漏電流，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)計數(shù)據(jù)表明，模塊電源在預(yù)期有效時間內(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。因此延長模塊電源壽命、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，即在模塊電源外部電路出現(xiàn)故障時模塊電源能夠自動進(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)能自動恢復(fù)正常。模塊電源的保護(hù)功能應(yīng)至少包括輸入過壓、欠壓、軟啟動保護(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η=Pout/Pin=Pout/(Pout+P耗)，其中Pin、Pout、P耗分別為模塊電源輸入、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。除了滿載正常損耗外，還有兩個損耗值得注意：空載損耗和短路損耗(輸出短路時模塊電源損耗)，因為這兩個損耗越小，表明模塊效率越高，特別是短路未能及時采取措施的情況下，可能持續(xù)較長時間，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。

　　本篇文章通過對額定功率、封裝形式、故障保護(hù)等多種途徑對DC-DC的選擇進(jìn)行了分析，提供了電壓轉(zhuǎn)換功能之外的更多種選擇，因此我們就能更加快捷并且正確的選擇DC-DC模塊電路，加速設(shè)計時間，節(jié)約成本。