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電源模塊高溫失效原因
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作者:pmoaf1d4f
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發(fā)布時(shí)間: 2017-04-27
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DC/ DC 電源模塊（ 以下簡(jiǎn)稱模塊），是一種運(yùn)用功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)DC/ DC 功率變換的開(kāi)關(guān)電源。
它廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程及數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域， 涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)， 并在遠(yuǎn)程和數(shù)字通信領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展， 開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛， 所工作的環(huán)境也越來(lái)越惡劣，統(tǒng)計(jì)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(shí)的壽命只有溫升25 ℃時(shí)的1/ 6。本文所研究的電源模塊是中電集團(tuán)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Interpoint 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(diǎn)。
在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(jí)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(kāi)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）。
1、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(duì)電源模塊整體進(jìn)行加熱，測(cè)試其輸入電流、輸出電流、輸出電壓（ Vout ）電學(xué)參數(shù)，試驗(yàn)條件：保持輸入電壓28 V，輸出負(fù)載15Ω ，輸出電流1 A；測(cè)試輸入電流與輸出電壓隨溫度的變化。發(fā)現(xiàn)模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(shì)不是很明顯，其變化趨勢(shì)是伴隨著溫度的升高，電源模塊的電壓逐漸減小，而且趨勢(shì)非常明顯。實(shí)驗(yàn)證明，加熱溫度在50 ℃ ，V out 為14. 98 V; 溫度為142 ℃ 時(shí)，Vout 降為14. 90 V。此外，因?yàn)槟K的效率是其性能的重要指標(biāo)，當(dāng)效率下降到一定數(shù)值，模塊也會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生熱量過(guò)多而失效。為此計(jì)算了該試驗(yàn)條件下模塊效率隨溫度的變化，模塊的效率隨著溫度的升高，變化趨勢(shì)更加明顯，開(kāi)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(cè)試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度升到150 ℃ ，模塊輸出電壓為零。
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(guò)測(cè)試可以完成模塊的所有功能，同時(shí)因?yàn)榉羌苫梢詫?duì)其元件單獨(dú)測(cè)試，避免了集成元件因尺寸太小而難以測(cè)試的條件。下面對(duì)電源模塊中的重要的元件單獨(dú)加熱，測(cè)試其電參數(shù)隨溫度的變化，同時(shí)測(cè)試電路V ou t 的變化。
它廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程及數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域， 涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)， 并在遠(yuǎn)程和數(shù)字通信領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展， 開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛， 所工作的環(huán)境也越來(lái)越惡劣，統(tǒng)計(jì)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(shí)的壽命只有溫升25 ℃時(shí)的1/ 6。本文所研究的電源模塊是中電集團(tuán)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Interpoint 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(diǎn)。
在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(jí)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(kāi)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）。
1、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(duì)電源模塊整體進(jìn)行加熱，測(cè)試其輸入電流、輸出電流、輸出電壓（ Vout ）電學(xué)參數(shù)，試驗(yàn)條件：保持輸入電壓28 V，輸出負(fù)載15Ω ，輸出電流1 A；測(cè)試輸入電流與輸出電壓隨溫度的變化。發(fā)現(xiàn)模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(shì)不是很明顯，其變化趨勢(shì)是伴隨著溫度的升高，電源模塊的電壓逐漸減小，而且趨勢(shì)非常明顯。實(shí)驗(yàn)證明，加熱溫度在50 ℃ ，V out 為14. 98 V; 溫度為142 ℃ 時(shí)，Vout 降為14. 90 V。此外，因?yàn)槟K的效率是其性能的重要指標(biāo)，當(dāng)效率下降到一定數(shù)值，模塊也會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生熱量過(guò)多而失效。為此計(jì)算了該試驗(yàn)條件下模塊效率隨溫度的變化，模塊的效率隨著溫度的升高，變化趨勢(shì)更加明顯，開(kāi)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(cè)試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度升到150 ℃ ，模塊輸出電壓為零。
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(guò)測(cè)試可以完成模塊的所有功能，同時(shí)因?yàn)榉羌苫梢詫?duì)其元件單獨(dú)測(cè)試，避免了集成元件因尺寸太小而難以測(cè)試的條件。下面對(duì)電源模塊中的重要的元件單獨(dú)加熱，測(cè)試其電參數(shù)隨溫度的變化，同時(shí)測(cè)試電路V ou t 的變化。
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