當前位置:首頁 > 電源 > 電源
[導(dǎo)讀]隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展和開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,所工作的環(huán)境也越來越惡劣,統(tǒng)計資料表明,電子元器件溫度每升高2℃,可靠性下降10%,溫升為50℃時的壽命只有溫升25

隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展和開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,所工作的環(huán)境也越來越惡劣,統(tǒng)計資料表明,電子元器件溫度每升高2℃,可靠性下降10%,溫升為50℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6。本文所研究的電源模塊是中電集團第四十三所研制的廣泛用于軍工的一款高性能DC/DC電源模塊。與tnterlmint的MHF2815S+相比,具有輸出效率高,產(chǎn)生熱量少,抗浪涌能力高等優(yōu)點。

DC/DC電源模塊電源結(jié)構(gòu)中主要的元器件有;脈寬調(diào)制器(控制轉(zhuǎn)換效率)、光電耦合器(輸入與輸出隔離,避免前后級干擾,并傳遞取樣信息給PWM,保持輸出電壓的穩(wěn)定)、VDMOS(功率轉(zhuǎn)換部件,利用其良好的開關(guān)特性提高轉(zhuǎn)換效率)和肖特基二極管(整流以及濾波,是功率輸出的主要部件)。

電源模塊輸出電壓與工作溫度的關(guān)系

為了摸清電源模塊電學(xué)參數(shù)隨溫度變化的情況,首先對電源模塊整體進行加熱,測試其輸入電流、輸出電流、輸出電壓(Vout)電學(xué)參數(shù),試驗條件:保持輸入電壓28V,輸出負載15Ω,輸出電流1A;測試輸入電流與輸出電壓隨溫度的變化。發(fā)現(xiàn)橫塊的輸出電壓有較明顯的下降,輸入電流,輸出電流的變化趨勢不是很明顯,-其變化趨勢是伴隨著溫度的升高,電源模塊的電壓逐漸減小,而且趨勢非常明顯,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,因為模塊的效率是其性能的重要指標,當效率下降到一定數(shù)值,模塊也會因為產(chǎn)生熱量過多而失效。為此計算了該試驗條件下模塊效率隨溫度的變化,從圖2可見模塊的效率,隨著溫度的升高,變化趨勢更加明顯,開始較為緩慢,隨著溫度的升高而逐漸加快,呈現(xiàn)玻爾茲曼指數(shù)分布。在測試中發(fā)現(xiàn)當溫度升到150℃,模塊輸出電壓為零。

 

 

圖1:電源模塊Vout與溫度T的關(guān)系

 

 

圖2:電源模塊效率與溫度的關(guān)系

為了尋找導(dǎo)致電源模塊的輸出電壓隨溫度升高而明顯下降的主要元器件,根據(jù)模塊的電路,選擇相應(yīng)的元件搭建電路,該電路經(jīng)過測試可以完成模塊的所有功能,同時因為非集成化,可以對其元件單獨測試,避免了集成元件因尺寸太小而難以測試的條件。下面對電源模塊中的重要的元件單獨加熱,測試其電參數(shù)隨溫度的變化,同時測試電路Vout的變化。

元件溫度性能對模塊溫度特性的影響

變壓器

變壓器在中不僅能傳遞能量,同時還起到了電氣隔離的作用,變壓器的原邊與副邊線圈匝數(shù)比的不同可以達到升壓或降壓的作用。在模塊工作狀態(tài)下,由于磁芯的渦流效應(yīng),變壓器會產(chǎn)生很多的熱量,成為模塊熱量產(chǎn)生的主要來源。實驗中首先測試了變壓器原邊和副邊線圈的電感量隨溫度的變化,如圖3所示,從圖3中可見隨著溫度的升高,線圈的電感量先增加,然后小幅下降,再小幅上升,在環(huán)境溫度為220℃以前,變壓器的原邊與副本電感量的整體趨勢是逐漸增加,當溫度達到220℃,磁芯溫度達到居壁點,線圈的電感量迅速降為零。對于不同磁芯材料的變壓器其居里點溫度有所不同,對于此類變壓器,可知居里溫度在220℃附近。當變壓器溫度接近居里點時,變壓器電感量會迅速減小,會導(dǎo)致輸出電壓迅速下降。[!--empirenews.page--]

 

 

圖3:變壓器電感量與溫度的關(guān)系

實驗中還測試了電路中的輸入輸出的其他電感元件的電感量隨溫度的變化。在整個加熱階段,其他元件的電感量隨溫度變化很小,與變壓器電感量變化相比可以忽略。而且在變壓器電感量下降的階段,其他電感元件的電感量變化仍然較小。

為了校正環(huán)境溫度與模塊因自生熱升高的溫度,選擇一模塊,將模塊外殼穿孔,并將感溫線放到變壓器的圓孔內(nèi)部,測試變壓器的溫度,通過對測試數(shù)據(jù)處理,得到變壓器溫度與環(huán)境溫度的關(guān)系函數(shù):y=1.18x+13??梢娮儔浩鞯臏囟冗h高于電源模塊的工作溫度。當環(huán)境溫度為150℃,感溫線測試的結(jié)果約190℃,由于感溫線測試點是變壓器圓孔內(nèi)部的空氣,不是變壓器的磁芯溫度,因此感溫線的測量結(jié)果比實際的變壓器的溫度要低很多,由此可以判斷變壓器的磁芯溫度將接近居里點,因此當模塊的環(huán)境溫度超過150℃時,模塊中變壓器的溫度將達到變壓器磁芯的居里點溫度,此時模塊的輸出電壓幾乎為零。

脈寬調(diào)制解調(diào)器(PWM)

PWM的主要功能是根據(jù)輸出反饋,調(diào)節(jié)脈沖波形的占空比,并驅(qū)動功率器件,從而得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。

在該型號電源模塊中,PWM-SG3524的功能是提供兩路方波信號給三極管和VDMOS,并根據(jù)方波信號的寬度控制VDMOS的導(dǎo)通與關(guān)斷時間。在此試驗中,對電路工作狀態(tài)的PWM-SG3524單獨加溫,并測試輸出方波信號與溫度的關(guān)系,測得波形沒有明顯變化;在加溫的同時對模塊的輸入、輸出電流電壓進行記錄,發(fā)現(xiàn)隨著PWM所在環(huán)境溫度的升高輸入電流與輸入電壓變化都很小;輸出電壓與輸出電流變化也很小,加熱PWM導(dǎo)致電參數(shù)變化與模塊整體加熱電參數(shù)相比可以忽略。證明PWM-SG3524對模塊的溫度特性影響較小。

VDMOS

VDMOS(垂直雙擴散場效應(yīng)晶體管)在模塊電路中作為開關(guān)器件,在感性負載下工作,承受高尖峰電壓和大電流,具有較高的開關(guān)損耗和溫升,其開關(guān)頻率可高達130 kHz,在這樣高的頻率下工作,可能引起內(nèi)部多種退化機制,導(dǎo)致VDMOS的性能下降,甚至失效。

在本實驗中對模塊中的VDMOS單獨加溫,測試模塊電學(xué)參數(shù)的變化,通過測試得到當溫度到180℃時,輸入電流隨溫度的升高有較為明顯的增加。而輸出電壓、輸出電流隨溫度的升高變化較小。此外計算模塊的輸出效率,判斷模塊是否處在正常工作狀態(tài),通過計算可到對VDMOS單獨加熱到180℃時,模塊的輸入電流迅速增加。而當溫度升至220℃,輸出電壓幾乎沒有變化,由于模塊在150℃已經(jīng)失效,而此時單獨加熱溫度已經(jīng)高達180℃,遠高于模塊整體加熱失效的溫度,因此VDMOS的溫度特性不是影響輸出電壓變化的原因。

二極管(SBD)

在模塊中使用的二極管有穩(wěn)壓二極管,整流二極管,其中整流二極管在電壓轉(zhuǎn)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同時段導(dǎo)通,使交流脈動電壓轉(zhuǎn)換為直流脈動。在本實驗中,對電路中的SBD單獨加熱,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高,模塊的輸出電壓沒有較明顯的變化。因此模塊在高溫工作的環(huán)境下,SBD不是引起模塊輸出電壓下降的主要因素。

光電耦合器

光電耦合器(以下簡稱光耦)以光為媒介傳輸電信號。它對輸入,輸出電信號有良好的隔離作用。光耦一般由3部分組成:光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管(LED),使之發(fā)出一定波長的光,它被光探測器接收而產(chǎn)生光電流,再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電一光一電的轉(zhuǎn)換,從而起到輸入、輸出隔離的作用。由于光耦輸入輸出間互相隔離,電信號傳輸具有單向性等特點,因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。[!--empirenews.page--]

在模塊中,光耦作為隔離輸入、輸出的重要部件,同時將輸出端比較放大器輸出的電流信號傳輸?shù)絇WM的9腳,而9腳是PWM的補償端,它與比較器的反向輸入端相連,控制PWM的11腳和14腳輸出脈沖的寬度。從而調(diào)整模塊的輸出電壓保持穩(wěn)定。

在本實驗中,首先測試模塊中使用的光耦NEC2705的輸入端電流與輸出端電流的比例系數(shù)隨溫度的變化,輸入端所加電流為11 mA,結(jié)果表明在25℃時,該光耦的電流傳輸比接近1:1,但是隨著溫度的升高,輸入電流不變,輸出端的電流逐漸減小,大約每升高10℃,光耦的電流傳輸比減小4%,結(jié)果如圖4所示。

 

 

圖4:光耦電流傳輸比與溫度的關(guān)系

 

 

圖5:輸出電壓與光耦溫度的關(guān)系

然后對工作狀態(tài)中模塊的光耦單獨加熱(模塊光耦較大,可取下焊線后單獨加熱),測量模塊的輸出電壓,見圖5。發(fā)現(xiàn)隨著溫度韻升高,模塊電壓逐漸下降,且與模塊整體加熱時測得的輸出電壓隨溫度上升而下降趨勢基本符合。通過分析可知,隨著環(huán)境溫度的升高,電源模塊各元件的功耗增加,將導(dǎo)致模塊的輸出電壓的下降,此時應(yīng)當通過光耦連接的反饋電路,使得PWM輸出的脈寬增加,提高輸出端的電壓,但是由于光電耦合器的傳輸效率下降,不能完全將負反饋的結(jié)果傳輸給PWM。使得PWM輸出脈寬比實際較窄,即電壓調(diào)整能力降低,使輸出電壓隨環(huán)境溫度上升而下降。

綜上所述,模塊溫度特性表現(xiàn)為:在溫度小于150℃的時候,模塊的輸出電壓緩慢下降,原因是由于光耦電流傳輸比的下降引起;當溫度大于150℃時,電源模塊輸出電壓迅速下降,甚至輸出電壓幾乎為零,其原因是此時模塊中變壓器的磁芯溫度接近居里點溫度(220℃)。變壓器作用失效所引起。在此情況中,如果模塊內(nèi)部沒有產(chǎn)生其他的損傷,當停止加熱,模塊溫度恢復(fù)到室溫,模塊重新加電,模塊輸出電壓仍能恢復(fù)到正常值。然而,對于本實驗中測試的模塊,當環(huán)境溫度超過150℃左右時,由于模塊變壓器的磁芯溫度達到距離點,使磁芯溫度升高,該正反饋會使磁芯溫度迅速升高,產(chǎn)生的熱量也更多,造成模塊內(nèi)部其它器件的損壞,很容易造成模塊的永久損毀。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉