DCDC模塊的選擇

發布時間:2019-10-16 14:53   類型:基礎知識   人瀏覽

DC/DC模塊電源以其體積小巧、性能卓異、使用方便的顯著特點,在通信、網絡、工控、鐵路、軍事等領域日益得到廣泛的應用。很多系統設計人員已經意識到:正確合理地選用DC/DC模塊電源,可以省卻電源設計、調試方面的麻煩,將主要精力集中在自己專業的領域,這樣不僅可以提高整體系統的可靠性和設計水平,而且更重要的是縮短了整個產品的研發周期,為在激烈的市場競爭中領先致勝贏得了寶貴商機。那么,怎樣正確合理地選用DC/DC模塊電源呢,筆者將從DC/DC模塊電源開發設計的角度,談一談這方面的問題,以供廣大系統設計人員參考。


電源模塊選擇需要考慮的幾個方面:


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,后面將會提到。),這個功率范圍內模塊電源各方面性能發揮都比較充分而且穩定可靠。負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,但是仍不建議長時間工作在過載條件下,畢竟這是一種短時應急之計。


封裝形式

DC/DC變換器的外形尺寸和輸出形式差異很大。小功率產品采用密封外殼,外形十分纖小;大功率產品常采用quarter-brick或half-brick的形式,電路或暴露,或以外殼包裹。在選擇時,需要注意以下兩個方面:

第一,引腳是否在同一平面上;

第二,是否便于焊接。SMT形式的變換器必須要符合IEC191-6:1990標準的要求,該標準對SMT器件引腳的共面問題做出了嚴格限定。器件引腳不共面會造成器件裝配時定位困難,嚴重影響焊接質量,提高次品率。SMT形式的變換器應能承受規定的焊接條件。對于絕大多數現代流水線而言,器件必須滿足CEC00802標準所規定的回流焊要求,即器件表面溫度可超過300℃。如果變換器不能滿足這個要求,就需要為其設計專門的焊接裝配工藝,這會增加裝配時間,提高生產成本。

模塊電源的封裝形式多種多樣,符合國際標準的也有,非標準的也有,就同一公司產品而言,相同功率產品有不同封裝,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:

① 一定功率條件下體積要盡量小,這樣才能給系統其他部分更多空間更多功能;

② 盡量選擇符合國際標準封裝的產品,因為兼容性較好,不局限于一兩個供貨廠家;

③ 應具有可擴展性,便于系統擴容和升級。選擇一種封裝,系統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,系統線路板設計可以不必改動,從而大大簡化了產品升級更新換代,節約時間。全部符合國際標準,為業界廣泛采用的半磚、全磚封裝,與VICOR、 LAMBDA等著名品牌完全兼容,并且半磚產品功率范圍覆蓋50~200W,全磚產品覆蓋100~300W。


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品可供選用:商品級、工業級、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,選擇不當還會影響使用,因此不得不慎重考慮。

可以有兩種選擇方法:

一是根據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接近額定功率,那么模塊標稱的溫度范圍就必須嚴格滿足實際需要甚至略有裕量。

二是根據溫度范圍來選,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/℃。總之要么選擇寬溫度范圍的產品,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品,價格低一些,功率裕量和封裝形式就得大一些。應折衷考慮。

商品級(0 ℃ 到+70 ℃)

工業級(-40 ℃ 到+85 ℃)

軍用級(-55 ℃到+125 ℃)

變頻與定頻

和所有開關型器件一樣,DC/DC變換器在工作時會產生噪聲,因此濾波性能的好壞也是重要的選型依據。集成化的DC/DC變換器通常采用的是變頻開關技術或是定頻開關技術。

采用變頻開關技術的變換器由于要根據負載狀況進行不斷調整,所以會導致頻帶展寬,增加濾波器的復雜度。而定頻開關變換器在這方面則簡便許多,甚至可以使用LC濾波器。


工作頻率

一般而言工作頻率越高,輸出紋波噪聲就更小,電源動態響應也更好,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,所以國內模塊電源產品開關頻率多為在300kHz以下,甚至有的只有100kHz左右,這樣就難以滿足負載變條件下動態響應的要求,因此高要求場合應用要考慮采用高開關頻率的產品。另外一方面當模塊電源開關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。

隔離度

絕大多數的電路都必須實現隔離,即將負載連同負載對本地電源的噪聲與電網的其他負載和噪聲隔開。只有隔離變換器能夠達到這個要求。


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