提高电源模块可靠性的应用电路 – 电源模块,应用电路,可靠性


电源模块以高集成度、高可靠性、简化设计等多重优势,受到许多工程师的青睐。但即便使用相同的电源模块,不同的用法也会导致系统的可靠性大相径庭。使用不当,非但不能发挥模块的优势,还可能降低系统可靠性。


相信各位电路设计者在阅读DC-DC隔离电源模块的数据手册时,第一时间关注的往往是首页的电源参数,如功率、输入电压、输出电压、效率、工作温度、耐压等级等……但其实在实际应用中,数据手册中的“电路设计与应用”一节内容同样重要,它为用户在实际外围电路设计过程中提供了宝贵的参考电路经验。如果电源模块的外围电路设计使用不当,非但不能发挥模块的优势,还可能降低系统可靠性,本次我们就来谈谈一些电源模块外围电路设计核心要点。

 

1.两级浪涌防护电路,使用不当适得其反

 

电源模块体积小,在EMC要求比较高的场合,需要增加额外的浪涌防护电路,以提升系统EMC性能。如图1所示,为提高输入级的浪涌防护能力,在外围增加了压敏电阻和TVS管。但图中的电路(a)、(b)原目的是想实现两级防护,但可能适得其反。如果(a)中MOV2的压敏电压和通流能力比MOV1低,在强干扰场合,MOV2可能无法承受浪涌冲击而提前损坏,导致整个系统瘫痪。同样的,电路(b),由于TVS响应速度比MOV快,往往是MOV未起作用,而TVS过早损坏。

 

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图1.两级浪涌防护

 

增加一个电感,构成两级防护电路。如电路(c)、(d)所示,串入一个电感,将防护器件分隔成两级,对高频浪涌脉冲,电感具有较大的阻抗,因此首先起作用的是前端的压敏电阻,而后端的压敏和TVS能够进一步吸收残压保护模块。另外,即使是单级防护,增加电感也能起到一定的作用,避免浪涌电压直接加到模块输入端。

 

2.输出滤波电容过大,导致模块异常

 

电源模块输出端通常推荐增加一定的滤波电容,但在使用过程中,由于认识不足等原因,使用了过大的输出滤波电容,既增加了成本又降低了系统的稳定性。

 

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图2.容性负载过大

 

如图2中的电路(a)所示,一个3W的模块,输出使用了2000uF的电容,而通过查阅产品手册了解到,模块建议最大输出电容为800uF。输出电容过大可能导致启动不良,而对于不带短路保护的微功率DC-DC模块,输出电容过大甚至可能导致模块永久损坏。

 

3.接开关电源芯片,注意启动不良

 

如图3所示,电源模块的输出电压是逐渐建立的,电路(a)的LM2576没有设计欠压锁定,在VIN电压较低时即开始启动,若OUT负载过重,可能被24V模块误判为短路或容性负载过大,从而导致启动不良。

 

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