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提高電源模塊可靠性的應(yīng)用電路


時(shí)間:2017-09-14 作者:ZLG致遠(yuǎn)電子
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電源模塊以高集成度、高可靠性、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)等多重優(yōu)勢(shì),受到許多工程師的青睞。但即便使用相同的電源模塊,不同的用法也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性大相徑庭。使用不當(dāng),非但不能發(fā)揮模塊的優(yōu)勢(shì),還可能降低系統(tǒng)可靠性。

相信各位電路設(shè)計(jì)者在閱讀DC-DC隔離電源模塊的數(shù)據(jù)手冊(cè)時(shí),第一時(shí)間關(guān)注的往往是首頁(yè)的電源參數(shù),如功率、輸入電壓、輸出電壓、效率、工作溫度、耐壓等級(jí)等……但其實(shí)在實(shí)際應(yīng)用中,數(shù)據(jù)手冊(cè)中的“電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用”一節(jié)內(nèi)容同樣重要,它為用戶在實(shí)際外圍電路設(shè)計(jì)過程中提供了寶貴的參考電路經(jīng)驗(yàn)。如果電源模塊的外圍電路設(shè)計(jì)使用不當(dāng),非但不能發(fā)揮模塊的優(yōu)勢(shì),還可能降低系統(tǒng)可靠性,本次我們就來談?wù)勔恍╇娫茨K外圍電路設(shè)計(jì)核心要點(diǎn)。

1、兩級(jí)浪涌防護(hù)電路,使用不當(dāng)適得其反

電源模塊體積小,在EMC要求比較高的場(chǎng)合,需要增加額外的浪涌防護(hù)電路,以提升系統(tǒng)EMC性能。如圖1所示,為提高輸入級(jí)的浪涌防護(hù)能力,在外圍增加了壓敏電阻和TVS管。但圖中的電路(a)、(b)原目的是想實(shí)現(xiàn)兩級(jí)防護(hù),但可能適得其反。如果(a)中MOV2的壓敏電壓和通流能力比MOV1低,在強(qiáng)干擾場(chǎng)合,MOV2可能無法承受浪涌沖擊而提前損壞,導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。同樣的,電路(b),由于TVS響應(yīng)速度比MOV快,往往是MOV未起作用,而TVS過早損壞。


1 兩級(jí)浪涌防護(hù)

增加一個(gè)電感,構(gòu)成兩級(jí)防護(hù)電路。如電路(c)、(d)所示,串入一個(gè)電感,將防護(hù)器件分隔成兩級(jí),對(duì)高頻浪涌脈沖,電感具有較大的阻抗,因此首先起作用的是前端的壓敏電阻,而后端的壓敏和TVS能夠進(jìn)一步吸收殘壓保護(hù)模塊。另外,即使是單級(jí)防護(hù),增加電感也能起到一定的作用,避免浪涌電壓直接加到模塊輸入端。

2、輸出濾波電容過大,導(dǎo)致模塊異常

電源模塊輸出端通常推薦增加一定的濾波電容,但在使用過程中,由于認(rèn)識(shí)不足等原因,使用了過大的輸出濾波電容,既增加了成本又降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 容性負(fù)載過大

如圖2中的電路(a)所示,一個(gè)3W的模塊,輸出使用了2000uF的電容,而通過查閱產(chǎn)品手冊(cè)了解到,模塊建議最大輸出電容為800uF。輸出電容過大可能導(dǎo)致啟動(dòng)不良,而對(duì)于不帶短路保護(hù)的微功率DC-DC模塊,輸出電容過大甚至可能導(dǎo)致模塊永久損壞。

3、接開關(guān)電源芯片,注意啟動(dòng)不良

如圖3所示,電源模塊的輸出電壓是逐漸建立的,電路(a)的LM2576沒有設(shè)計(jì)欠壓鎖定,在VIN電壓較低時(shí)即開始啟動(dòng),若OUT負(fù)載過重,可能被24V模塊誤判為短路或容性負(fù)載過大,從而導(dǎo)致啟動(dòng)不良。


3 增加欠壓鎖定

因此推薦使用電路(b),外置簡(jiǎn)單的欠壓鎖定,使24V模塊輸出電壓建立到預(yù)置值后再啟動(dòng)LM2576等外接開關(guān)電源芯片,可以很大程度上避免啟動(dòng)不良問題。

或者可以使用功率余量更大的電源模塊, ON/OFF引腳也可以連接到MCU進(jìn)行控制。

4、雙路模塊,注意負(fù)載平衡

對(duì)于雙路輸出模塊,兩路輸出對(duì)負(fù)載的要求不同,這類模塊通常只對(duì)其中一路進(jìn)行穩(wěn)壓反饋,另一路通過變壓器耦合達(dá)到所需的電壓。

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