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如何保障模块电源高低温性能的可靠性

对于一个模块电源来说,首先要满足输入电压范围、额定功率、隔离耐压、纹波和噪声等输入输出特性及使用要求。其次最常关注的便是其可靠性和高低温性能了。那么,如何保障模块电源的高低温性能呢?

1、高低温测试

高低温测试被用来确定产品在低温或高温两个极端天气环境条件下的适应性和同等性。由于元器件的特征在低温或高温的条件下肯定会发生变化,性能参数具有温度漂移特征。所以每每许多模块电源在常温条件下是没有问题的,但是拿到高低温环境测试就会发现工作不稳固或者性能参数明显下降。同时通过长时间高温老化可以使元器件的缺陷、焊接和装置等生产过程中存在的安全隐患提前暴露出来。

2、热设计

模块电源的热设计,简单来说就是通过热设计在满足性能要求的前提下尽可能削减模块内部产生的热量,削减热阻,选择合理的冷却体例,发热元器件要尽可能使其分散布局。设计PCB板时要保证印制线的载流容量,印制线的宽度必须适于电流的传导。对于大功率的贴片元器件,可以采用大面积敷铜箔的方式,以加大PCB的散热面积。模块电源内部可通过填充导热硅胶或树脂等来降低模块内部元器件的温升。对于体积较大的模块电源,可以使用散热片进行散热,增加对流和辐射的外观体积来更好地改善电子器件的散热结果。

3、降额设计

降额设计是将元器件进行降额使用,就是使电子元器件的工作能力适当低于其规定的额定值,降额使用的元器件可延缓和减小其退化,进一步提升元器件的稳定性,从而使模块更可靠。详细降额等级可以参考《国家军用标准—元器件降额准则GJB/Z35-93》,一般可分成三个降额等级。

Ⅰ级降额:这是最大的降额,适用于设备故障将会危及安全,导致性能失败和造成紧张经济损失的情况。

Ⅱ级降额:工作应力减小对元器件可靠性增加有显明效益,适用于设备故障会使工作性能降级或需付出不合理的维修费用。

Ⅲ级降额:这是最小的降额,相对来说元器件成本也较低。适用于设备故障对工作性能的完成只有小的影响,或可快速、经济地加以修复。

4、应力设计

对于模块电源的应用设计,重点关注场效应管(MOS管)、二极管、变压器、功率电感、电解电容、限流电阻等。保证全电压范围内在稳态、瞬态、短路等各种极限条件下都能有充足的降额设计,以保障产品的可靠性。

因为模块电源越趋于小型化,应用越来越广泛,功率密度要求越来越高,有关可靠性方面的需求尤为凸显。特别是对使用有电解电容的模块电源,高温会使电解电容的电解液加速消耗,大大削减电解电容的寿命。高温会使元器件材料加速老化,例如使得变压器漆包线的绝缘特征降低,导致绝缘耐压不良甚至造成瞬间短路。优秀的热设计不仅可延长模块电源和其四周元器件的使用寿命,还可使整个产品发热均匀,减少故障的发生。

高低温试验是模块电源厂家在确保模块电源的质量、竞争能力及其价格高低的一种必需具有的条件,假如在高低温试验时产品使用全部正常,那么流向用户的产品更加安全,客户也可放心使用。

模块电源常见的低温与高温不良的征象有:

1、工作振荡,输出电压纹波和噪声变大,频率发生改变,严重的甚至输出电压跳变,模块啸叫。

2、启动不良。如启动时输出电压升上波形有显明掉沟,输出电压不稳固,甚至模块完全启动失效。

3、带容性负载能力削弱,无法带最大容性负载启动。

4、启动时输出电压过冲幅度变大,超出规定范围。

5、重载或满载工作时输出电压明显降低。

6、高温老化损坏,模块没有输出。

所以,可靠性高的模块电源必须保证在高低温等极端条件下工作正常,满足性能参数要求。除了基本性能参数测试外,周围的高低温测试,电应力和热应力测试,保证充足的降额设计要求,并且通过长时间的老化测试,才可以保证模块电源安全可靠。