DC／DC電源模塊的溫度的關(guān)系測(cè)試解析

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。

在模塊中，光耦作為隔離輸入、輸出的重要部件，同時(shí)將輸出端比較放大器輸出的電流信號(hào)傳輸?shù)絇WM的9腳，而9腳是PWM的補(bǔ)償端，它與比較器的反向輸入端相連，控制PWM的11腳和14腳輸出脈沖的寬度。從而調(diào)整模塊的輸出電壓保持穩(wěn)定。

在本實(shí)驗(yàn)中，首先測(cè)試模塊中使用的光耦NEC2705的輸入端電流與輸出端電流的比例系數(shù)隨溫度的變化，輸入端所加電流為11 mA，結(jié)果表明在25℃時(shí)，該光耦的電流傳輸比接近1：1，但是隨著溫度的升高，輸入電流不變，輸出端的電流逐漸減小，大約每升高10℃，光耦的電流傳輸比減小4%，結(jié)果如圖4所示。

圖4：光耦電流傳輸比與溫度的關(guān)系

圖5：輸出電壓與光耦溫度的關(guān)系

然后對(duì)工作狀態(tài)中模塊的光耦單獨(dú)加熱(模塊光耦較大，可取下焊線(xiàn)后單獨(dú)加熱)，測(cè)量模塊的輸出電壓，見(jiàn)圖5。發(fā)現(xiàn)隨著溫度韻升高，模塊電壓逐漸下降，且與模塊整體加熱時(shí)測(cè)得的輸出電壓隨溫度上升而下降趨勢(shì)基本符合。通過(guò)分析可知，隨著環(huán)境溫度的升高，電源模塊各元件的功耗增加，將導(dǎo)致模塊的輸出電壓的下降，此時(shí)應(yīng)當(dāng)通過(guò)光耦連接的反饋電路，使得PWM輸出的脈寬增加，提高輸出端的電壓，但是由于光電耦合器的傳輸效率下降，不能完全將負(fù)反饋的結(jié)果傳輸給PWM。使得PWM輸出脈寬比實(shí)際較窄，即電壓調(diào)整能力降低，使輸出電壓隨環(huán)境溫度上升而下降。

綜上所述，模塊溫度特性表現(xiàn)為：在溫度小于150℃的時(shí)候，模塊的輸出電壓緩慢下降，原因是由于光耦電流傳輸比的下降引起;當(dāng)溫度大于150℃時(shí)，電源模塊輸出電壓迅速下降，甚至輸出電壓幾乎為零，其原因是此時(shí)模塊中變壓器的磁芯溫度接近居里點(diǎn)溫度(220℃)。變壓器作用失效所引起。在此情況中，如果模塊內(nèi)部沒(méi)有產(chǎn)生其他的損傷，當(dāng)停止加熱，模塊溫度恢復(fù)到室溫，模塊重新加電，模塊輸出電壓仍能恢復(fù)到正常值。然而，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)中測(cè)試的模塊，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)150℃左右時(shí)，由于模塊變壓器的磁芯溫度達(dá)到距離點(diǎn)，使磁芯溫度升高，該正反饋會(huì)使磁芯溫度迅速升高，產(chǎn)生的熱量也更多，造成模塊內(nèi)部其它器件的損壞，很容易造成模塊的永久損毀。