金升阳 DC-DC(宽压)模块电源应用指南-2020版.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.87M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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确定电源的规格

系统配电设计

电源模块的测试

电源模块的测试电路与方法

电源模块的基本性能测试

电源模块的应用

串联使用

并联使用

输入反接保护

输入欠压保护

输入过流过压保护

输入输出滤波电路

电磁干扰和电磁兼容

容性负载

功能引脚的使用

常见疑问

模块能否支持热插拨

模块能否空载、轻负载应用

模块的启动不良可能的原因

使用20W功率以上产品，空载功耗大

工作温度

双路输出，负载不平衡

多路输出，掉电顺序要求

常见的噪声抑制措施

过温保护

DC/DC（宽压）模块电源应用指南--2020 年版目录 1.电源模块选型指导.........................................................................................................2 1.1 确定电源的规格...................................................................................................................... 2 1.2 系统配电设计.......................................................................................................................... 4 2. 电源模块的测试...........................................................................................................6 2.1 电源模块的测试电路与方法.................................................................................................. 6 2.2 电源模块的基本性能测试...................................................................................................... 6 3.电源模块的应用..........................................................................................................12 3.1 串联使用................................................................................................................................ 12 3.2 并联使用................................................................................................................................ 13 3.3 输入反接保护........................................................................................................................ 14 3.4 输入欠压保护........................................................................................................................ 15 3.5 输入过流过压保护................................................................................................................ 15 3.6 输入输出滤波电路................................................................................................................ 16 3.7 电磁干扰和电磁兼容............................................................................................................ 18 3.8 容性负载................................................................................................................................ 19 3.9 功能引脚的使用.................................................................................................................... 20 4.常见疑问......................................................................................................................22 4.1 模块能否支持热插拨............................................................................................................. 22 4.2 模块能否空载、轻负载应用................................................................................................. 22 4.3 模块的启动不良可能的原因................................................................................................. 23 4.4 使用 20W 功率以上产品，空载功耗大................................................................................. 23 4.5 工作温度................................................................................................................................. 23 4.6 双路输出，负载不平衡......................................................................................................... 23 4.7 多路输出，掉电顺序要求..................................................................................................... 24 4.8 常见的噪声抑制措施............................................................................................................. 24 4.9 过温保护................................................................................................................................. 24 第 1 页共 24 页

1.电源模块选型指导 1.1 确定电源的规格首先确定电源的规格，按照需求的指标进行筛选，确定使用标准电源模块还是需要定制电源。第一步，选择电源模块的输入电压。 5V（4.5-9V），12V（9-18V），24V（18-36V），48V（36-75V）输入电压变化范围为 2:1，选择 WR、VR 系列；24V（9-36V），48V（18-75V）、110V（40-160V）输入电压变化范围为 4:1，选择 PW、UR 系列，例如 24V 工业总线电源、48V 通讯总线电源、110V 铁路电源、220V 变压整流输出以及各式电瓶、蓄电池、锂电池、干电池、远距离传输等输出电压变化较大的场合，应选择宽电压输入 PW、UR 系列的模块。对于 3W 以上的输出功率，为提高整机效率，建议选用 VR 或 UR 输入系列的电源，对于特殊行业应用，比如汽车电子等电压范围较宽的场合，应选用更宽输入电压范围的电源模块，如 CUWB，UW，UWD 系列。第二步，选择电源模块的输出电压。输出电压的常见规格有 3.3V，5V，9V，12V，15V，24V，48V，±5V，±9，±12V，±15V 等。第三步，选择电源模块的功率。负载选定后，输出电流就基本已经确定，负载电流的大小是决定功率的关键，同时也直接影响到模块的可靠性和价格。电源模块最好应用在 30%-80%的功率条件下，前提条件是常温下使用，如果是高温或者低温的环境，需要考虑到具体的降额设计。选择合适的输出电流是设计成功的关键因素之一，过大或过小的电流均会导致较低的可靠性和过高的成本。在高温情况下电源模块应降额使用，建议对功率进行降额 30%-40%以上去使用。对于高温条件应用，或散热不好的条件，在同等功率条件下，优先选用体积大的模块；对于长期工作在 70℃ 以上的场合，请向我司技术服务人员咨询以选取适合高温环境工作的电源模块。第四步，选择电源模块的隔离性质。隔离特性，使模块的输入与输出完全为两个独立的（不共地）电源。在工业总线系统中，面临恶劣环境（雷击、电弧干扰）时进行安全隔离，也能起到消除接地环路的作用；在混合电路中，实现敏感模拟电路和数字电路的噪声隔离；在多电压供电系统中实现电压的转换。对于双路输出的产品，需确定输出的两路是否需要隔离，如果需要隔离，需要选用双隔离双输出产品。第五步，选择电源模块的封装尺寸。第 2 页共 24 页

电源模块需预留足够的空间来考虑其散热辐射对信号采集干扰的影响，以及模块电磁干扰对于其它电路部件性能的影响，所以要兼顾体积、成本，同时也要综合考虑模块的可靠性。总之尽量采用标准模块规格，可以达到满足成本较低、技术成熟、开发阻力小、节约开发时间的目的。对于高隔离、超宽电压范围输入、高温环境、EMC、UL 认证等其它特殊要求最好咨询我司技术服务人员。备注：WR 系列产品标称输入电压为 48V 的产品，输入电压范围为：36—75V。图 1-1 选型框图第 3 页共 24 页

1.2 系统配电设计系统配电的设计往往要结合产品的特性和电路的需求进行多次优化，准确测量实际电路的工作参数和环境变化范围，有助于我们更为精确地选择合适的模块电源。第一步，外界因素。环境温度会对电源模块及其外接元件有一定的影响，电源模块在应用时可能处于高温、低温或高低温循环变化环境中（如：机舱、船舱等），我们应详细了解在环境条件变化情况下电源模块相应参数的变化，以便保证在实际环境中满足其要求。需要注意的是：电源模块工作的环境温度，不是指当时的气温，而是设备机壳内的空间温度；由于存在许多发热器件，通常机壳内温度比当时气温要高。表 1-1 行业工作环境温度分布行业分类商业级产品工业级产品车载设备野外作业设备军用领域环境温度 0~70℃ -40~85℃ -40~105℃ -55~85℃ -55~125℃ 特别在高温时模块大幅度降额，设计时要考虑足够余量，应选择高低温特性较好的电解电容为宜。在高温下，电容的阳极箔静电容量减少及内压增大，导致失效，请参照所使用电容的规格书正确使用。在有电弧、静电放电、不稳定交流电网、起动开关、继电器、雷击等干扰的环境下，输入电压和电流可能会远远超过模块的承受范围，导致模块永久性损坏和负载电路的瘫痪，这时要适当添加保护电路，确保电源安全工作。传输距离对系统供电电源也有影响，一般选型时注意以下几点：（1）室内线短、温差小、干扰小，一般采用非隔离或小功率型的模块；（2）室外远距离传输时，除了考虑防雷隔离保护以外，还要精确计算传输损耗，选择宽电压输入且功率足够的隔离电源模块。（3）若传输距离过长、损耗较大时，模块的供电电源必须提供足够的功率，才能保证模块正第 4 页共 24 页

常工作，考虑到模块的启动电流，一般建议供电电源提供的电流为模块启动电流的 1.4-1.6 倍。（4）建议在模块的输入引脚旁并接一个电容，以提高产品启动性能。第二步，工作环境。所有功率转换产品都会有一定的损耗转变为本身的热能，使自身发热，并影响周围环境升温，引起数据干扰（热敏传感器件）和器件性能下降，甚至会引起短路起火，布局时一定要有充足气流空间，或增加散热面积来降低温升，保证安全。由于开关电源是采用开关技术来实现的，其自身的开关振荡电路及内部的磁性元件会对周围的器件以传导和辐射的方式产生电磁干扰和污染。电磁干扰（EMI）是指通过电磁辐射传播和信号线、电源线传导的电磁能量对环境所造成的污染。电磁干扰不能完全被消除，但可以采取一些方法使其降低到安全的等级达到电磁兼容的目的。第三步，模块的布局。不合理的接地和电源布局往往会引起系统出现不稳定，高噪声和其它恶劣现象。在许多应用中，数字和模拟电路共用同一电源，在这类设计中非常重要的是要对模拟和数字电路分开使用或完全隔离电源和接地回路，避免数字直流电平的变化和逻辑瞬态过程干扰到敏感的模拟电路。在高速或动态模拟、数字电路中，负载通过较长的线路配电时，电源配线的分布电阻和电感变得明显且极易因为负载电流的迅速变化引起噪声尖刺，这就需要对负载去耦，同时消除线路上的串联阻抗和分布参数引起的谐振。第 5 页共 24 页

2.电源模块的测试合适的电源选定后，仍然非常重要的是应用于实际单元电路中的电气性能，使用前产品要经过严格测试合格才能使用，下面简单介绍模块电源的一般测试方法。 2.1 电源模块的测试电路与方法电源模块采用标准的开尔文测试法，如图 2-1 所示，测试条件：室温 Ta =25℃ 湿度<75%。测试仪器：输入电压范围足够大的直流可调稳压电源，电流表 A（精度在 0.001A），电压图 2-1 开尔文测试法表 V（精度在 0.001V），负载电阻：额定负载： Vo 2 P ，轻载： 2 Vo *%10 P 。注意：（1）连线：线损越小越好，以直径为 1mm 多股铜线最佳，以免造成过大压降。当负载电流较大时，应缩短输出引脚与各负载间的距离，增加连接导线截面积来减小过大的压降。（2）在测量时建议采用单通道探头直接测量法测量输出，避免输入输出共地和外界干扰产生的测量误差。（具体参见 “纹波和噪声”）（3）测试时确保前级的供电电源限流点设置合理，同时为保证有准确的电压和纹波，输出容性负载不能大于技术手册规定值。（4）具体技术参数请参考产品对应的技术手册。 2.2 电源模块的基本性能测试连接好电源模块就可以进行性能的测试和判定，确认性能参数是否达标。 2.2.1 输出电压精度标称输入电压、满载输出条件下，输出设定电压为 outnom V 输出电压精度 V  标称输入电压下测试输出电压 outV outnom  out V V outnom %100 例如模块 WRB1212S-1WR2，输出设定电压为 Voutnom 12 V ，额定负载为 144Ω，实测输出电第 6 页共 24 页

压 Vout .12 V 039 ，输出电压精度  039.12  000.12 000.12  %325.0%100  。 2.2.2 线性电压调节率宽电压输入稳压输出系列：标称电压输入、额定负载下，测得输出电压记为 outnom V 输入电压上限、额定负载下，测得输出电压记为 outhV 输入电压下限、额定负载下，测得输出电压记为 outlV mdevV 取 outhV 、 outlV 中偏离 outnV 最大值计算线性调节率  V V  mdev outnom V outnom %100 例如模块 WRB2405S-3WR2 ，额定负载为 600mA ， Vouth V 01.5 ， Voutnl V 00.5 ， Voutnom V 01.5 ，线性电压调节率  2.2.3 负载调节率宽电压输入稳压输出系列： 00.5 01.5  01.5  2.0%100  % 。标称电压输入、10%负载下，测得输出电压记为 1bV 标称电压输入、100%负载下，测得输出电压记为 2bV 标称电压输入、50%负载下，输出电压标称值记为 0bV 负载调节率  VV  b V b 0 b 0  %100 bV 取 1bV 、 2bV 中偏离 0bV 最大值 2.2.4 交叉调整率双路或是多路输出的模块，一般是从主路输出端取样电压形成闭环控制回路，主路负载电流变化对其输出电压的影响不大。辅路电压是通过变压器耦合得到的，主路、辅路负载电流变化都会导致辅路输出电压的变化相差比较大。因此对于双路及多路输出的模块，每路输出的负载一定要平衡应用（负载平衡度最好不超过 5%），否则会导致输出电压和负载调节率超出精度范围。主路带载 50%的输出电压记为 50(1V %) ，其他一路带载 50%的输出电压记为 50(2V %) 交叉调整率  主路带载 100%，其他一路带载 10%的输出电压记为主路带载 10%，其他一路带载 100%的输出电压记为 10(2V %) 100(2V %) 第 7 页共 24 页 %) VV '  2 V 50(2 50(2 %)  %100

、 100(2V %) 均为同一路输出电压值， '2V 取 %) 中偏离 50(2V %) 最大值 10(2V %) 100(2V 50(2V %) 、 10(2V %) 、 2.2.5 效率标称输入电压 inV 、满载 outI 下，测试输出电压记为 outV ，输入电流记为 inI I效率 out  I in   V V out in %100 例如模块 WRB1212S-1WR2， Vin 12 V ，满负载下测得输出电压为 Vout V 951.11 ，输出电流 Iout 6.83 mA ，输入电流 Iin  100 7. mA ，  .0 .0 0836 1007   951.11 000.12  %68.82%100  。 2.2.6 纹波和噪声纹波和噪声是叠加在直流输出上的周期性和随机性交流成分，它也影响着输出精度，一般对纹波和噪声采用峰-峰值计量(mVP-P)。第一步，先将示波器带宽设置为 20MHz，可以有效防止高频噪声；第二步，采用平行线测试法、双绞线或靠测法。图 2-2 平行线测试法注意：（1）C1：高频陶瓷电容，一般容值为 1uF；（2）C2：宽电压输入系列（如 VR、WR、PW、UR 系列）C2 容值为 10uF（电解电容），耐压值高于模块输出电压 2 倍以上即可；（3）两平行线铜箔带之间的距离为 2.5mm，两平行铜箔带的电压降之和应小于输出电压值的 2%。第 8 页共 24 页

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