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我們在選擇電源上,常常把重心放在參數與性能上,容易忽視這是通用型設計。電源模塊本身的可靠性很重要,但事實上,由于電源系統(tǒng)工作環(huán)境的復雜性,如果沒有可靠的系統(tǒng)應用設計,電源最終會失效。下面介紹電源系統(tǒng)應用設計的幾種常見方法和注意事項。
1、冗余設計,要求即使電源模塊在故障損壞時,系統(tǒng)也不能斷電。這時,我們可以采用冗余電源來提高系統(tǒng)的可靠性。如下圖所示,當一個電源模塊損壞時,另一個模塊可以繼續(xù)供電。
注:D1、 D2建議使用低壓降的肖特基二極管,以避免二極管的壓降影響后端系統(tǒng)的運行,并注意選擇耐壓高于輸出電壓的二極管。這種方法會產生額外的紋波噪聲,需要一個外部電容來降低紋波或增加一個濾波電路。
2、降額設計,眾所周知,電源長時間滿載會縮短其使用壽命,降額設計可以有效提高電源的使用壽命,但當負載過輕時,電源的性能無法在最佳狀態(tài)下工作。高能立方ACDC模塊電源建議在30%~80%的負載范圍內使用,各方面性能最好。
3、外圍保護設計合理,電源模塊應用范圍廣,應用環(huán)境要求不盡相同。由于其通用設計,AC-DC模塊電源只能滿足一般通用要求。因此,當客戶的應用環(huán)境要求較高時,有必要添加適當的外圍電路來提高電源的可靠性。
4、散熱設計,工業(yè)電源模塊約15%的損壞是由于散熱不良引起的。電源正在向小型化和集成化發(fā)展,在許多應用中,電源在封閉環(huán)境中持續(xù)工作,如果積聚的熱量無法散發(fā),電源內部的設備可能會因熱應力過大而損壞。常用的冷卻方法是自然風冷、散熱器和強制冷卻風扇。
熱設計的一些經驗分享如下:
1、電源模塊的對流通風。對于依靠自然對流和熱輻射散熱的電源,周圍環(huán)境必須便于對流通風,并且周圍沒有便于空氣流通的大型設備。
2、放置加熱裝置。如果系統(tǒng)中有多個加熱源,如多個模塊電源,它們應盡可能遠離彼此,以避免因它們之間的熱輻射傳遞而導致過熱。
3、PCB板設計合理,PCB板提供了一種散熱方式,在設計中應該更多的考慮散熱方式。例如增加主電路的銅面積,降低印刷電路板上元件的密度,提高模塊的散熱面積和通道。
4、對于封裝尺寸和散熱面積較大且功率相同的電源,如果可能,請選擇較大的封裝和散熱面積較大的散熱器,或者使用散熱膏將電源模塊外殼與機箱連接起來。這樣,模塊具有更大的散熱面積,使得散熱更快,內部溫度更低,并且電源的可靠性自然更高。
5、匹配設計、安全設計,電源的輸入接線應盡可能保持平直,以免形成環(huán)形天線吸引外部輻射干擾。同時,根據UL60950的安全要求,輸入線和輸出線需要保持適當的距離,以避免耐壓失效。此外,電源底板下禁止布線,尤其是信號線,電源變壓器的電磁線會干擾信號。應注意一次電源和二次電源之間以及電源和系統(tǒng)工作頻率之間的倍頻錯開,以避免它們之間的系統(tǒng)匹配問題。
ACDC電源模塊的可靠應用需要電源制造商提供高質量的電源,以及工程師合理的應用設計。只有兼顧設計和應用,才能最終獲得可靠的供電系統(tǒng)。