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dcdc電源模塊各方麵功能與溫度的聯係

編輯:南京AG贵宾厅電子有限公司時間:2018-10-10

dcdc電源模塊構造中首要的元器材有;脈寬調製器(操控變換功率)、光電耦合器(輸入與輸出阻隔,防止前後級攪擾,並傳遞取樣信息給PWM,堅持輸出電壓的安穩)、VDMOS(功率變換部件,運用其傑出的開關特性進步變換功率)和肖特基二極管(整流以及濾波,是功率輸出的首要部件)。跟著電子技術的高速發展開關電源韻應用領域越來越廣泛,所作業的環境也越來越惡劣,統計資料表明,電子元器材溫度每升高2℃,可靠性降低10%,溫升為50℃時的壽數隻要溫升25℃時的1/6。

 

為了摸清電源模塊電學參數隨溫度改變的狀況,首要對電源模塊全體進行加熱,測驗其輸入電流、輸出電流、輸出電壓(Vout)電學參數,試驗條件:堅持輸入電壓28V,輸出負載15Ω,輸出電流1A;測驗輸入電流與輸出電壓隨溫度的改變。發現橫塊的輸出電壓有較顯著的降低,輸入電流,輸出電流的改變趨勢不是很顯著,-其改變趨勢是伴跟著溫度的升高,電源模塊的電壓逐步減小,並且趨勢十分顯著,從圖1中可見,加熱溫度在50℃,Vout為14.98 V;溫度為142℃時,Vout降為14.90 V。此外,因為模塊的功率是其功能的重要目標,當功率降低到必定數值,模塊也會因為發生熱量過多而失效。為此核算了該試驗條件下模塊功率隨溫度的改變,從圖2可見模塊的功率,跟著溫度的升高,改變趨勢愈加顯著,開端較為緩慢,跟著溫度的升高而逐步加速,呈現玻爾茲曼指數分布。在測驗中發現當溫度升到150℃,模塊輸出電壓為零。

 

為了尋找致使電源模塊的輸出電壓隨溫度升高而顯著降低的首要元器材,依據模塊的電路,挑選相應的元件搭建電路,該電路經過測驗能夠完結模塊的一切功用,一起因為非集成化,能夠對其元件獨自測驗,防止了集成元件因尺度太小而難以測驗的條件。下麵臨電源模塊中的重要的元件獨自加熱,測驗其電參數隨溫度的改變,一起測驗電路Vout的改變。

 

變壓器

變壓器在中不僅能傳遞能量,一起還起到了電氣阻隔的效果,變壓器的原邊與副邊線圈匝數比的不一樣能夠到達升壓或降壓的效果。在模塊作業狀況下,因為磁芯的渦流效應,變壓器會發生許多的熱量,變成模塊熱量發生的首要來曆。試驗中首要測驗了變壓器原邊和副邊線圈的電感量隨溫度的改變,如圖3所示,從圖3中可見跟著溫度的升高,線圈的電感量先添加,然後小幅降低,再小幅上升,在環境溫度為220℃曾經,變壓器的原邊與副本電感量的全體趨勢是逐步添加,當溫度到達220℃,磁芯溫度到達居壁點,線圈的電感量敏捷降為零。關於不一樣磁芯材料的變壓器其居裏點溫度有所不一樣,關於此類變壓器,可知居裏溫度在220℃鄰近。當變壓器溫度挨近居裏點時,變壓器電感量會敏捷減小,會致使輸出電壓敏捷降低。

 

試驗中還測驗了電路中的輸入輸出的別的電感元件的電感量隨溫度的改變。在全部加熱期間,別的元件的電感量隨溫度改變很小,與變壓器電感量改變對比能夠疏忽。並且在變壓器電感量降低的期間,別的電感元件的電感量改變依然較小。

為了校對環境溫度與模塊因自生熱升高的溫度,挑選一模塊,將模塊外殼穿孔,並將感溫線放到變壓器的圓孔內部,測驗變壓器的溫度,經過對測驗數據處理,得到變壓器溫度與環境溫度的聯係函數:y=1.18x+13。可見變壓器的溫度遠高於電源模塊的作業溫度。當環境溫度為150℃,感溫線測驗的成果約190℃,因為感溫線測驗點是變壓器圓孔內部的空氣,不是變壓器的磁芯溫度,因此感溫線的丈量成果比實踐的變壓器的溫度要低許多,由此能夠判別變壓器的磁芯溫度將挨近居裏點,因此當模塊的環境溫度超越150℃時,模塊中變壓器的溫度將到達變壓器磁芯的居裏點溫度,此刻模塊的輸出電壓簡直為零。

 

脈寬調製解調器(PWM)

PWM的首要功用是依據輸出反應,調節脈衝波形的占空比,並驅動功率器材,然後得到安穩的直流輸出電壓。

在該類型電源模塊中,PWM-SG3524的功用是供給兩路方波信號給三極管和VDMOS,並依據方波信號的寬度操控VDMOS的導通與關斷時刻。在此試驗中,對電路作業狀況的PWM-SG3524獨自加溫,並測驗輸出方波信號與溫度的聯係,測得波形沒有顯著改變;在加溫的一起對模塊的輸入、輸出電流電壓進行記載,發現跟著PWM地點環境溫度的升高輸入電流與輸入電壓改變都很小;輸出電壓與輸出電流改變也很小,加熱PWM致使電參數改變與模塊全體加熱電參數對比能夠疏忽。證實PWM-SG3524對模塊的溫度特性影響較小。

 

VDMOS

VDMOS(筆直雙擴散場效應晶體管)在模塊電路中作為開關器材,在理性負載下作業,接受高尖峰電壓和大電流,具有較高的開關損耗和溫升,其開關頻率可高達130 kHz,在這樣高的頻率下作業,也許致使內部多種退化機製,致使VDMOS的功能降低,乃至失效。

在本試驗中對模塊中的VDMOS獨自加溫,測驗模塊電學參數的改變,經過測驗得到當溫度到180℃時,輸入電流隨溫度的升高有較為顯著的添加。而輸出電壓、輸出電流隨溫度的升高改變較小。此外核算模塊的輸出功率,判別模塊是不是處在正常作業狀況,經過核算可到對VDMOS獨自加熱到180℃時,模塊的輸入電流敏捷添加。而當溫度升至220℃,輸出電壓簡直沒有改變,因為模塊在150℃現已失效,而此刻獨自加熱溫度現已高達180℃,遠高於模塊全體加熱失效的溫度,因此VDMOS的溫度特性不是影響輸出電壓改變的緣由。

 

二極管(SBD)

在模塊中運用的二極管有穩壓二極管,整流二極管,其間整流二極管在電壓變換過程中扮演了重要的角色。在變壓器的輸出端,兩個整流二極管在不一起段導通,使交流脈動電壓變換為直流脈動。在本試驗中,對電路中的SBD獨自加熱,發現跟著溫度的升高,模塊的輸出電壓沒有較顯著的改變。因此模塊在高溫作業的環境下,SBD不是致使模塊輸出電壓降低的首要因素。

 

光電耦合器

光電耦合器(以下簡稱光耦)以光為前言傳輸電信號。它對輸入,輸出電信號有傑出的阻隔效果。光耦通常由3部分構成:光的發射、光的接納及信號擴大。輸入的電信號驅動發光二極管(LED),使之宣布必定波長的光,它被光探測器接納而發生光電流,再經過進一步擴大後輸出。這就完結了電一光一電的變換,然後起到輸入、輸出阻隔的效果。因為光耦輸入輸出間相互阻隔,電信號傳輸具有單向性等特色,因此具有傑出的電絕緣才能和抗攪擾才能。 

 

綜上所述,DC/DC電源模塊溫度特性表現為:在溫度小於150℃的時分,模塊的輸出電壓緩慢降低,緣由是因為光耦電流傳輸比的降低致使;當溫度大於150℃時,電源模塊輸出電壓敏捷降低,乃至輸出電壓簡直為零,其緣由是此刻模塊中變壓器的磁芯溫度挨近居裏點溫度(220℃)。變壓器效果失效所致使。在此狀況中,如果模塊內部沒有發生別的的損害,當停止加熱,模塊溫度康複到室溫,模塊從頭加電,模塊輸出電壓仍能康複到正常值。但是,關於本試驗中測驗的模塊,當環境溫度超越150℃擺布時,因為模塊變壓器的磁芯溫度到達間隔點,使磁芯溫度升高,該正反應會使磁芯溫度敏捷升高,發生的熱量也更多,形成模塊內部其它器材的損壞,很簡單形成模塊的持久損毀。