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    电源模块选型指导

    编者:蒋皓@福能电源 阅读418 来源: 福华力能电源 2024/02/27 07:30:44 文章 外链 公开

    1.1 确定电源的规格

    首先确定电源的规格,按照需求的指标进行筛选,确定使用标准模块还是需要定制。

    第一步,选择模块的封装尺寸

    电源模块需预留足够的空间来考虑其散热辐射对信号采集的干扰和其它电路部件性能的影响,所以要兼顾体积、成本,同时也要综合考虑模块的可靠性。 

    第二步,选择模块的隔离性质

    隔离特性,使模块的输入与输出完全为两个独立的(不共地)电源。在工业总线系统中,面临恶劣环境(雷击、电弧干扰)时进行安全隔离,也能起到消除接地环路的作用;在混合电路中,实现敏感模拟电路和数字电路的噪声隔离;在多电压供电系统中实现电压的转换。

    第三步,输出电压的确定

    跟据应用环境确认输出电压,输出电压是否要求可调,可调的幅值要求等。目前我司大部分产品输出电压的调整范围为 ±10%,纹波要求典型值一般为1%Vo。常用的输出电压有3.3V,5V,9V,12V,15V,24V,28V,36V,48V等。 

    第四步,输出电流的确定

    负载选定后,输出电流就基本已经确定,负载电流的大小是决定功率的关键,同时也直接影响到模块的可靠性和价格。电源模块最好应用在30%-80%的功率条件下,选择合适的输出电流是设计成功的关键因素之一,过大或过小的电流均会导致较低的可靠性和过高的成本。

    一般应用时需注意,若给光耦、继电器供电,或给RS232/485、CAN总线做电压基准等使用时,可能会存在负载电流很小或空载应用的情况,建议加合适的假负载来提高电源模块使用的可靠性。若有负载电流极不稳定或负载变化范围较大的情况,假负载的选择要兼顾在10%-100%范围内,避免轻载或过载应用。

    在高温情况下电源模块应降额使用,可以选择在30%-40%以上的功率降额。对于高温条件应用,或散热不好的条件,在同等功率条件下,优先选用体积大的模块;具体应用说明请参考规格书或向我司技术服务人员咨询以选取适合高温环境工作的电源模块。

    第五步,根据输入电压选定产品系列

    跟据应用环境确认输入电压范围,一般输入电压范围越窄,电源功率器件工作区域越优,效率最好,成本和电源可靠性越佳,所以在满足应用条件的前提下,建议尽量选择窄范围输入电压的产品。

    1.2 系统配电设计

    系统配电的设计往往要结合产品的特性和电路的需求进行多次优化,准确测量实际电路的工作参数和环境变化范围,有助于我们更为精确地选择合适的模块电源。

    第一步,外界因素

    环境温度会对电源模块及其外接元件有一定的影响,电源模块在应用时可能处于高温、低温 或高低温循环变化环境中(如:机舱、船舱等),我们应详细了解在环境条件变化情况下电源模块相应参数的变化,以便保证在实际环境中满足其要求。需要注意的是:电源模块工作的环境温度,不是指当时的气温,而是设备机壳内的空间温度;由于存在许多发热器件,通常机壳内温度比当时气温要高。商业级产品的温度范围要求为0~70℃,工业级产品为-40~85℃,车载设备一般为-40~105℃,野外作业设备一般需-55~85℃,军用领域一般选用-55~125℃。特别在高温时模块大幅度降额,设计时要考虑足够余量,应选择高低温特性较好的电解电容为宜,在低温下固态电容或陶瓷电容最佳。在高温下,电容的耐压值大幅度降低,在低温下,电容的容量大幅度降低,请参照所使用电容的规格书正确使用。在有电弧、静电放电、不稳定交流电网、起动开关、继电器、雷击等干扰的环境,输入电压和电流可能会远远超过模块的承受范围,导致模块永久性损坏和负载电路的瘫痪,这时要适当添加保护电路,确保电源安全工作。

    传输距离对系统供电电源也有影响,一般选型时注意以下几点:

    1)室内线短、温差小、干扰小,一般采用非隔离或小功率型的模块;

    2)市外远距离传输时,除了考虑防雷隔离保护以外,还要精确计算传输损耗,选择宽电压输入且功率足够的隔离电源模块。

    3)若传输距离过长、损耗较大时,模块的供电电源必须提供足够的功率,才能保证模块正常工作,考虑到模块的启动电流,一般建议供电电源提供的电流为模块启动电流的1.3-1.6倍。

    4)建议在模块的输入引脚旁并接一电容,以提高产品启动性能。

    第二步,工作环境

    所有功率转换产品都会有一定的损耗转变为本身的热能,使自身发热,并影响周围环境升温,引起数据干扰(热敏传感器件)和器件性能下降,甚至会引起短路起火,布局时一定要有充足气流空间,或增加散热面积来降低温升,保证安全。由于开关电源是采用开关技术来实现的,其自身的开关振荡电路及内部的磁性元件会对周围的器件以传导和辐射的方式产生电磁干扰和污染。电磁干扰(EMI)是指通过电磁辐射传播和信号线、电源线传导的电磁能量对环境所造成的污染。电磁干扰不能完全被消除,但可以采取一些方法使其降低到安全的等级达到电磁兼容的目的。

    第三步,模块的布局

    不合理的接地和电源布局往往会引起系统出现不稳定,高噪声和其它恶劣现象。在许多应用中,数字和模拟电路共用同一电源,在这类设计中非常重要的是要对模拟和数字电路分开使用或完全隔离电源和接地回路,避免数字直流电平的变化和逻辑瞬态过程干扰到敏感的模拟电路。在高速或动态模拟、数字电路中,负载通过较长的线路配电时,电源配线的分布电阻和电感变得明显且极易因为负载电流的迅速变化引起噪声尖刺,这就需要对负载去耦,同时消除线路上的串联阻抗和分布参数引起的谐振。


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