如何解決開關(guān)電源應(yīng)用中的常見問題

　　小功率電源被廣泛地應(yīng)用于電子電氣行業(yè)，在應(yīng)用的過程中也時常出現(xiàn)一些電源故障，如啟機(jī)不良、輸出電壓偏低、模塊過熱等問題，針對這些電源供電故障現(xiàn)象，如何定位背后的問題?本文將一一為您揭曉。

　　目前，市場上電源模塊種類繁多，不同電源產(chǎn)品的輸入電壓、輸出功率、功能及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等都各不相同，其特點(diǎn)都是為微控制器、集成電路、數(shù)字信號處理器、模擬電路、及其他數(shù)字或模擬等負(fù)載供電。電源模塊的可靠性比較高，但也可能會發(fā)生故障，下面以致遠(yuǎn)電子的DC-DC電源為例分析幾種常見的電源故障。

　　一、輸出電壓偏低

　　電源輸出電壓過低，會讓后級電路無法正常工作，如在微控制器系統(tǒng)中，負(fù)載突然增大，會拉低微控制器的供電電壓，而造成微控制器復(fù)位，這會對整個系統(tǒng)級的電路帶來毀滅性的打擊，會造成一子落錯全盤毀的連鎖式反應(yīng)。輸出電壓過低通常是由那些原因造成的呢?

　　?輸出級并聯(lián)多個負(fù)載，在正常工作后，有負(fù)載需要較大的瞬態(tài)電流，造成電壓被瞬間拉低，從而影響其它并聯(lián)的負(fù)載;

　　?輸出線路過長或過細(xì)，造成線損過大，從而在線路間產(chǎn)生了不小的壓降，最終導(dǎo)致電源模塊的輸出電壓到真正的負(fù)載兩端時，電壓偏低;

　　?防反接二極管的壓降過大，一般二極管的正向壓降在0.2~0.6V之間，如果電源模塊輸出的是5V電壓，那么高導(dǎo)通壓降的二極管所產(chǎn)生的電壓降就會使后級電路的電壓偏低，從而不能正常工作;

　　?模塊外圍電路中的輸入濾波電感過大，導(dǎo)致內(nèi)阻變大，電流扼制作用增強(qiáng)，當(dāng)后級負(fù)載突然變重時，電流供應(yīng)不上而導(dǎo)致負(fù)載兩端的電壓偏低。

　　解決方法：

　　1)在輸出端并一個大電容或換用更大功率輸入電源;

　　2)調(diào)整布線，增大導(dǎo)線截面積或縮短導(dǎo)線長度，減小內(nèi)阻，如果其電源模塊有Trim功能調(diào)節(jié)，可以調(diào)高輸出電壓來抵消線損產(chǎn)生的壓降;

　　3)換用導(dǎo)通壓降小的二極管;

　　4)減小濾波電感值且降低電感的內(nèi)阻。

　　二、輸入電壓偏高

　　由于某些電源模塊內(nèi)部的電子元器件的電壓余量設(shè)計(jì)不夠，在輸入電壓過高時，造成模塊損壞，甚至燒毀，這是就需要我們在外圍做一些保護(hù)，哪些常見原因易造成輸入電壓偏高呢?

　　?在電源模塊輸入端進(jìn)行熱插拔上電，此時其電壓尖峰及浪涌電流都較高，抗壓差的模塊會被瞬間擊穿損壞;

　　?輸出端負(fù)載過輕，輕于10%的額定負(fù)載，對一些非線性穩(wěn)壓的電源產(chǎn)品來說，模塊不一定會損壞，但會影響后級的一些性能，如效率偏低，模塊偏熱等;

　　?前級供電電源的電壓沖擊導(dǎo)致輸入電壓偏高或產(chǎn)生干擾電壓，電磁兼容也較容易造成輸入電壓高，如雷擊浪涌、群脈沖

　　解決方法：

　　1)確保輸出端不小于少10%的額定負(fù)載，若實(shí)際電路工作中常有空載現(xiàn)象，就在輸出端并接一個額定功率10%的假負(fù)載;

　　2)更換一個合理且穩(wěn)定范圍的輸入電壓源，存在干擾電壓時要考慮在輸入端并上TVS管或穩(wěn)壓管，也可加EMC的外圍電路。

　　三、模塊發(fā)熱嚴(yán)重

　　電源模塊在電壓轉(zhuǎn)換過程中有能量損耗，產(chǎn)生熱能導(dǎo)致模塊發(fā)熱，降低電源的轉(zhuǎn)換效率，影響電源模塊正常工作，但什么情況下會造成電源模塊發(fā)熱較嚴(yán)重呢?

　　?使用的是線性電源模塊，由于線性電源內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)使得其功率導(dǎo)通壓降大，在相同的輸出功率下，線性電源模塊內(nèi)部產(chǎn)生的損耗更大;

　　?負(fù)載過流，超出數(shù)據(jù)手冊應(yīng)用范圍使得內(nèi)部關(guān)鍵器件溫度飆升;

　　?環(huán)境溫度過高或散熱不良。

　　?其他大發(fā)熱源熱傳遞

　　熱成像儀觀測發(fā)熱電源模塊E7805OS-500在標(biāo)稱電壓下的溫度分布，如圖2所示：

　　解決方法：

　　1)使用線性電源時要加散熱片,或選擇效率高的開關(guān)電源;

　　2)換輸出功率更大的模塊，確保有70%~80%的負(fù)載降額;

　　3)降低環(huán)境溫度，保持散熱良好。

　　四、輸出噪聲較大

　　噪聲是衡量電源模塊優(yōu)劣的一大關(guān)鍵指標(biāo)，在應(yīng)用電路中，模塊周邊元器件的設(shè)計(jì)布局等也會影響輸出噪聲，哪些因素對輸出噪聲有較大影響呢?

　　?電源模塊與主電路噪聲敏感元件距離過近;

　　?主電路噪聲敏感元件的電源輸入端處未接去耦電容;

　　?多路系統(tǒng)中各單路輸出的電源模塊之間產(chǎn)生差頻干擾;

　　?地線處理不合理;

　　?電源模塊輸入端的噪聲過大，未處理，直接耦合到電源模塊輸出端;

　　ZDS2024示波器測試對比模塊受到干擾與未被干擾的電源模塊輸出紋波噪聲，對比下圖如圖3所示：

　　未受外界干擾的紋波噪聲,Vz=104mV

　　未受外界干擾的紋波噪聲，Vz=734mV

　　解決方法：

　　1)將電源模塊盡可能遠(yuǎn)離主電路噪聲敏感元件或模塊與主電路噪聲敏感元件進(jìn)行隔離;

　　2)主電路噪聲敏感元件(如：A/D、D/A或MCU等)的電源輸入端處接0.1μF去耦電容;

　　3)使用一個多路輸出的電源模塊代替多個單路輸出模塊消除差頻干擾;

　　4)采用遠(yuǎn)端一點(diǎn)接地、減小地線環(huán)路面積。

　　五、電源模塊啟動困難

　　在電源的應(yīng)用電路中，經(jīng)常會出現(xiàn)電源模塊輸出端電壓不正常，輸出端就是沒有任何輸出，電源模塊也無損壞，是什么原因呢?或許是電源模塊本身就無法啟動?

　　?外接電容過大(即容性負(fù)載過大)，需要充電的時間變長，有些電源模塊在規(guī)定時間內(nèi)不能建立好輸出電壓，就會進(jìn)入過流保護(hù)，從而模塊無輸出;

　　?電子負(fù)載在CC模式下也會造成部分啟動能力弱的電源模塊啟機(jī)不良，由于在CC模式下啟機(jī)的時候，其模擬的負(fù)載趨近于零，且反應(yīng)調(diào)節(jié)時間相對較長，絕大多數(shù)的電源模塊應(yīng)用的環(huán)境屬于純電阻模式;

　　?負(fù)載需要的電流過大，而電源模塊單位輸出的最大平均電流不夠?qū)е履K無法啟動;

　　?輸入線路過長，使得線路之間產(chǎn)生的壓降過大，而導(dǎo)致輸入電壓低于模塊輸入電壓的下限要求;

　　解決方法：

　　1)外接電容過大，在電源模塊啟動時向其充電時間較長，難以啟動，需要選擇合適的容性負(fù)載;

　　2)模塊測試盡量選擇更接近純阻模式負(fù)載測試;

　　3)選擇功率合適的電源模塊;

　　4)先測試電源模塊輸入端引腳電壓是否低于數(shù)據(jù)手冊要求的最低電壓，再根據(jù)實(shí)際情況提高電源輸入端的電壓。

　　六、耐壓不良

　　一般隔離電源模塊的耐壓值可高達(dá)幾千伏，但在應(yīng)用電路中，哪些因素會導(dǎo)致其耐壓能力降低?

　　?選用的模塊隔離電壓值不夠，往往是應(yīng)用工程師評估的耐壓值比在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下的耐壓值低造成的;

　　?維修中多次使用回流焊、熱風(fēng)槍;

　　?外圍電路布線與器件放置時未按安規(guī)相關(guān)的爬電距離來要求，也會造成耐壓不良。

　　用耐壓儀測試電源模塊隔離電壓的方法如圖5所示：

　　解決辦法：

　　1)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的實(shí)際評估值來選取耐壓值合適電源模塊，最好能預(yù)留500V以上的余量;

　　2)焊接電源模塊時要選取合適的溫度，避免反復(fù)焊接，損壞電源模塊;

　　3)嚴(yán)格按照安規(guī)規(guī)定的要求布置輸入與輸出之間的線路后器件。

　　七、總結(jié)

　　電源模塊故障問題種類繁多，小編針對以上幾種常見的應(yīng)用型故障問題，淺淺而談，以作拋磚引玉。

　　致遠(yuǎn)電子擁有近二十年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以提供多種負(fù)壓產(chǎn)生方案的選擇。隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個系列，封裝形式多樣，兼容國際標(biāo)準(zhǔn)的SIP、DIP等封裝。同時致遠(yuǎn)電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測試實(shí)驗(yàn)室，配備最先進(jìn)、齊全的測試設(shè)備，全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試，靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。