电源模块的设计优点和缺点
dsp电源方案

dsp电源方案一、引言在现代电子设备中,数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)被广泛应用于音频、视频、通信等领域。
而为DSP提供稳定可靠的电源方案是确保其正常运行的重要前提。
本文将介绍几种常见的DSP电源方案,并分析其优缺点。
二、线性稳压器方案线性稳压器是一种常见的DSP电源方案。
其基本原理是通过电流放大器和反馈控制回路来稳定输出电压。
线性稳压器具有稳定性好、噪声低的特点,适用于对供电质量要求较高的应用场景。
然而,线性稳压器存在一些缺点。
首先,其效率较低,由于其过剩功耗较大,导致能源浪费。
其次,线性稳压器对输入电压波动较为敏感,当输入电压变化较大时,输出电压可能不稳定。
此外,线性稳压器的体积较大,不适用于一些空间有限的应用场景。
三、开关稳压器方案开关稳压器是另一种常见的DSP电源方案。
开关稳压器通过开关管的开关状态控制输出电压的稳定性。
相比于线性稳压器,开关稳压器具有效率高、体积小的优点,适用于功耗较大的应用场景。
然而,开关稳压器也存在一些缺点。
首先,由于其开关管的开关动作会产生功率转换的噪声,使得其输出电压可能带有一定的纹波。
其次,开关稳压器对输入电压的要求较高,当输入电压波动较大时,输出电压也可能不稳定。
此外,开关稳压器的设计和调试难度较大,需要考虑开关频率、滤波电路等因素。
四、混合稳压器方案为了克服线性稳压器和开关稳压器各自的缺点,一种折衷方案是采用混合稳压器方案。
混合稳压器方案结合了线性稳压器和开关稳压器的特点,同时利用两种稳压器的优势,提供更稳定的电源输出。
混合稳压器方案一般采用线性稳压器和开关稳压器串联的方式。
线性稳压器起到滤波和稳压的作用,将开关稳压器输出的纹波进行滤除,提供干净稳定的电源输出。
这种方案有效地解决了开关稳压器输出纹波和线性稳压器效率低的问题。
五、其他电源方案除了线性稳压器、开关稳压器和混合稳压器外,还有一些其他的电源方案可供选择。
模块化设计

--系列产品调查
模块化设计
(1)定义:模块化设计,简单地说就是将产品的某 些要素组合在一起,构成一个具有特定功能的子系统, 将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多 种组合,构成新的系统,产生多种不同功能或相同功能
、不同性能的系列产品。
(2)设计原理:模块化产品是实现以大批量的效益
进行单件生产目标的一种有效方法。产品模块化也是支
持用户自行设计产品的一种有效方法。 (3)优点:一方面可ห้องสมุดไป่ตู้缩短产品研发与制造周期,增加 产品系列,提高产品质量,快速应对市场变化;另一方面, 可以减少或消除对环境的不利影响,方便重用、升级、维修 和产品废弃后的拆卸、回收和处理。
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它物品。
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电源模块设计分析

电源模块设计分析电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器(参看图1),其特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FP GA) 及其他数字或模拟负载提供供电。
一般来说,这类模块称为负载点(POL) 电源供应系统或使用点电源供应系统(PUPS)。
由于模块式结构的优点甚多,因此高性能电信、网络联系及数据通信等系统都广泛采用各种模块。
虽然采用模块有很多优点,但工程师设计电源模块以至大部分板上直流/直流转换器时,往往忽略可靠性及测量方面的问题。
本文将深入探讨这些问题,并分别提出相关的解决方案。
图1,电源供应器采用电源模块的优点目前不同的供应商在市场上推出多种不同的电源模块,而不同产品的输入电压、输出功率、功能及拓扑结构等都各不相同。
采用电源模块可以节省开发时间,使产品可以更快推出市场,因此电源模块比集成式的解决方案优胜。
电源模块还有以下多个优点:● 每一模块可以分别加以严格测试,以确保其高度可靠,其中包括通电测试,以便剔除不合规格的产品。
相较之下,集成式的解决方案便较难测试,因为整个供电系统与电路上的其他功能系统紧密联系一起。
● 不同的供应商可以按照现有的技术标准设计同一大小的模块,为设计电源供应器的工程师提供多种不同的选择。
● 每一模块的设计及测试都按照标准性能的规定进行,有助减少采用新技术所承受的风险。
● 若采用集成式的解决方案,一旦电源供应系统出现问题,便需要将整块主机板更换;若采用模块式的设计,只要将问题模块更换便可,这样有助节省成本及开发时间。
容易被忽略的电源模块设计问题虽然采用模块式的设计有以上的多个优点,但模块式设计以至板上直流/直流转换器设计也有本身的问题,很多人对这些问题认识不足,或不给予足够的重视。
以下是其中的部分问题:● 输出噪音的测量;● 磁力系统的设计;● 同步降压转换器的击穿现象;● 印刷电路板的可靠性。
这些问题会将在下文中一一加以讨论,同时还会介绍多种可解决这些问题的简单技术。
LED路灯的四种电源设计方案的优势和缺点

LED路灯的四种电源设计方案的优势和缺点方案一:直接AC输入,以6串为例 LED分别做恒流控制;在本文介绍的几种方案之中,这一种方案应该是目前效率最高、电路成本最低的方案(图1)。
直接用光电耦合器对初级侧电路进行回溯控制,调节输出电压。
相对于其它传统方案,该方案的开关损耗少。
将CS的电压固定在0.25V,以6串为例LED 分别做恒流控制。
IC会侦测FB的位置,将电压最低那串LED固定在0.5V。
此时由于各串LED的Vf值的总和不同,产生的压降会落在MOS管上,导致一些损耗。
如果是一般对Vf分BIN筛选过后的LED,损耗应该可以控制在2%以内,少于一般的开关损耗。
该方案的优点是效率高、成本低,缺点是AC输入、需要较多的研发成本。
方案二:DC或电池输入,以6串为例LED分别做恒流控制;它采用多串的升压结构设计,LED驱动的方式与前一种类似,差别在于由AC输入改为DC或是由电池输入(图2)。
低压侧传感的设计只要选择适当的MOS管,LED可以串相当多的颗数。
相对于AC输入的方案,其设计较为简单。
但由于多了一次升压的开关,效率相对较低。
该方案的优点是设计简单、电路成本低,缺点是效率较低。
它适合太阳能电池或通过适配器输入的路灯。
方案三:单串降压结构;有些公司喜欢用单串的设计,优点是维修容易,而且可以做模块化设计。
不同功率的路灯可以使用相同的灯条,只要更换面板,插上不同数目的灯条,就可以组合出各种不同功率的路灯。
但它的缺点是每一串都需要独立的电源模块,成本较高,而降压的结构会让LED的数目受限于IC的耐压。
在图3所示的例子中,LED最多串到 14颗,如果要设计20W的灯条,就需要使用700mA的LED。
为了使效率达到最高,必需针对LED的数目来调节输入电压,也就是适配器的输出电压。
以10颗LED为例,如果要达到最高效率,就必须把输入电压调到约42V左右。
该方案的优点是降压结构效率较高、单串设计、配置较为灵活,缺点是电路成本较高、LED串联数目受限于IC耐压。
atc230m20智能模块

t4<t<t5:B管开通时由于饱合电感Ls尚未饱合,Ip经过一定的滞后再迅速上升,电流的滞后使B管的开通损耗大大降低。在t=t5时Ip达到输出电流在主回路的折合值,变压器副边出现电压,电源再次向负载输送能量,电容Cb的电压Vcb由正向负逐渐减小,开始下半个对称的周期。
t1<t<t2:在t=t1时,D管关断,主回路的电流持续,使C管的电容Cr放电,最终使C管的电压为零,并通过C管的体二极管续流,在t=t2时C管零电压开通。这个过程与全桥相移ZVS的情况完全一致。此时电容Cb上形成的阻挡电压Vcb达到最大。
t2<t<t3:由于Lo的续流作用,输出二极管钳位使变压器副边短路,在主回路中只有变压器的漏感存在,因此阻挡电压Vcb迅速将主回路的电流Ip回复到零,当Ip回复到零时,饱合电感Ls退出饱合状态,呈现出很大的电感量,使Ip维持在零附近一直到A管关断。
3.高频开关电源
快恢复整流管
开关管
图3
上图3为高频开关电源原理图,交流电源经过整流、滤波变成直流,再经过高频变压器及高频开关管,将直流电转换成高频脉冲输出,高频脉冲信号经过快恢复整流管整流、电抗器及输出滤波器滤波变成稳定的输出直流电压。
它的稳压原理是通过采样得到的输出电压变化量,经过与SMP控制器的基准电压值在误差放大器中比较放大之后,输出脉宽信号控制开关管的导通与截止,当输出电压下降,脉宽展宽,开关管的导通时间增加,输出电压上升;当输出电压上升,脉宽减小,开关管的导通时间减小,输出电压下降。
稳压原理:
Vo↗→V1↗→V2↘→比较器输出脉宽变窄→Vo↘;
Vo↘→V1↘→V2↗→比较器输出脉宽变宽→Vo↗。
电源系统的模拟分析与设计

电源系统的模拟分析与设计电源系统是电子设备中最为重要的模块之一,它为各个组件、部件和电路提供所需的电力,是整个电子设备的基础。
电源系统的分析和设计能直接影响电子设备的性能和稳定性,甚至可能成为电子产品成功与否的关键。
本文将介绍电源系统的模拟分析和设计的基本原理和实践方法。
一、电源系统的分析方法电源系统的分析方法主要包括理论计算和模拟仿真两种。
理论计算是根据电路理论和设计指南,对电源系统中各个组件和环节进行电路分析和电性能计算,用于确定每个组件的规格参数和设计要求。
模拟仿真是将电源系统中的各个元件和组件通过电路仿真软件模拟出来,进行电路分析和模拟,用于验证电路设计的有效性和性能正确性。
这两种分析方法都是电源系统设计中不可或缺的。
1. 理论计算电源系统的理论计算需要掌握基本的电力知识和电路理论,包括电压、电流、电阻、电感、电容、功率、电路等概念和公式。
对于电源系统的设计,还需要熟练掌握开关电源、线性电源、稳压电路、放大电路等基本电路的设计原理和计算方法。
在进行理论计算时,首先需要确定电源系统的输出电压、电流和功率等基本参数。
然后根据每个组件的性能参数计算出电阻、电容、电感等的数值。
接着根据电路拓扑和组件阻抗值,计算出每个元件的电压和电流,以及总的电路电压和电流。
最后,根据计算结果进行电源系统的元件选型和电路设计。
理论计算虽然重要,但仅仅依赖计算结果进行电源系统的设计并不能满足实际需求。
因此,需要通过实验和仿真进行验证和纠偏。
2. 模拟仿真电源系统的模拟仿真是利用仿真软件,通过电路模型的建立和电路分析的过程,对电源系统进行仿真和验证的过程。
一般来说,模拟仿真可以更有效地帮助我们了解电路行为、分析电路性能,快速定位故障点和调整电路参数,以及有效的验证电路设计的正确性和可行性。
在进行模拟仿真时,需要了解仿真软件的使用方法和仿真原理。
一般来说,仿真软件可以通过将电源系统中每个具有一定电阻、电容、电感特性的元件进行仿真,将情况模拟成一系列的电压、电流、功率波形和时间响应,进行电路行为模拟的过程。
模块化UPS电源的构成以及优缺点

模块化UPS电源的构成以及优缺点随着自动化、信息化地不断发展,各行业对电力需求越来越旺盛,对电力保护要求越来越高,模块化UPS作为保障供电稳定性和连续性的重要设备,已广泛应用到各个领域。
UPS发展到现在,市场上有着各种各样的机型,其中工频机、高频机、模块化机型是目前UPS市场上最常见的三种机型,本文从基本原理及应用特点介绍这3种机型,进行各项指标对比,以供用户选型参考。
在说工频机高频机之前,我们先明确下高频机、工频机的定义。
国外没有高频机工频机的说法,他们定义有变压器型和无变压器型UPS,即Transformer UPS和Transformer-less UPS。
国内以整流器的调制频率来区分,整流器的调制频率为工频(50Hz)调制的,定义为工频机,整流器采用高频(上千Hz)调制的,定义为高频机。
另外UPS从外形结构上来区分的话,有机架式(Rack type UPS)、模块化(Modular UPS)和塔式(Tower type UPS)机型。
这个相对比较好理解,便于安装在标准服务器或网络机柜里面结构的UPS称为机架式UPS,功率单元、旁路切换单元采用模块化结构组成的机型称为模块化UPS,整流逆变均是按规定功率设计的整体机型称为塔式机型。
通常所说的高频机和工频机指塔式机型,机架式UPS只是把小功率(小于20KVA)的塔式机型的物理结构调整以适合机架安装,本文不对机架式UPS进行对比分析。
一、工频机工频UPS即基于变压器输出的UPS,使用SCR晶闸管器件作为整流器元件,整流器调制工作频率与电网频率(50Hz)一致,这种机型称为工频机。
工频UPS 由整流器、逆变器、静态旁路、维修旁路、输出变压器组成。
输出变压器是UPS 的必要组成部分,起升压作用。
因为UPS的整流、逆变的两次变换均为降压环节(SCR的管压降),所以在UPS输出之前必须有一个环节用于升压,这个输出变压器就是用来实现这一功能的。
常见工频机有2种机型,6脉冲工频整流和12脉冲工频整流机型,原理图如下:12脉冲整流工频机是在6脉冲的基础上再增加1个6脉冲整流器和一个移相变压器,这样能够带来更优的整流参数指标,与比6脉冲整流相比,12脉冲整流在输入功率因数和谐波电流THDi参数指标上有明显优势,其指标对比如下:目前工频机在市场上逐渐萎缩,特别是在数据中心和通讯机房,已经逐渐被高频机、模块化UPS所代替。
模拟电源、开关电源、数字电源的区别

电源招聘专家模拟电源、开关电源、数字电源的区别在电源设计中我们如何选择电源模块,那么选择的前提是,我们得了解各种电源,了解各种电源的区别,那样我们才可以正确的选择电源模块。
模拟电源介绍模拟电源:即变压器电源,通过铁芯、线圈来实现,线圈的匝数决定了两端的电压比,铁芯的作用是传递变化磁场,(我国)主线圈在50HZ频率下产生了变化的磁场,这个变化的磁场通过铁芯传递到副线圈,在副线圈里就产生了感应电压,于是变压器就实现了电压的转变。
模拟电源的缺点:线圈、铁芯本身是导体,那么它们在转化电压的过程中会由于自感电流而发热(损耗),所以变压器的效率很低,一般不会超过35%。
音响器材功放中变压器的应用:大功率功放需要变压器提供更多的功率输出,那么,只有通过线圈匝数的增加、铁芯体积的增大来实现,匝数和铁芯体积的增加就会加重其损耗,所以,大功率功放的变压器必须做的非常大,这样就会导致:笨重,发热量大。
开关电源介绍开关电源:在电流进入变压器之前,通过晶体管的开关功能,将我们通常50HZ的电流频率提升到数万HZ,在这么高的频率下,磁场变化频率也达到几万HZ,那么,就可以减少线圈匝数、铁芯体积获得同样的电压转化比,由于线圈匝数、铁芯体积的减少,损耗大大降低,一般开关电源效率达到90%,而体积可以做的非常小,并且输出稳定,所以开关电源具有模拟电源难以达到的优点。
(开关电源也有自己的不足,如输出电压有纹波及开关噪声,线性电源是没有的)音响器材-功放中开关电源的应用:开关电源的描述过程中已经表明开关电源的优势,所以即使是大功率功放,开关电源一样可以做的很精细、小巧,目前国内的数字功放以深圳崔帕斯数字音响设备公司的数字功放最为领先,他们目前已经发展到T类纯数字功放,并且下一代S类功放也在研发中了,具体请参看如下资料:数字电源介绍在简单易用、参数变更要求不多的应用场合,模拟电源产品更具优势,因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现,而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中,数字电源则具有优势。
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电源模块设计分析Khanna作者: Ramesh美国国家半导体首席应用技术工程师图1:电源供应电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器 (参看图1),其特点是可为特殊应用集成电路(ASIC)、数字信号处理器 (DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。
一般来说,这类模块称为负载点电源供应系统 (POL) 或使用点电源供应系统 (PUPS)。
由于模块式结构的优点甚多,因此高性能电信、网络联系及数据通信等系统都广泛采用各种模块。
虽然采用模块有很多优点,但工程师设计电源模块以至大部分板上直流/直流转换器时,往往忽略可靠性及测量方面的问题。
下文将会审视这些问题,并分别提出相关的解决方案。
采用电源模块的优点目前不同的供应商在市场上推出多种不同的电源模块,而不同产品的输入电压、输出功率、功能及拓扑结构等都各不相同。
采用电源模块可以节省开发时间,使产品可以更快推出市场,因此电源模块比集成式的解决方案优胜。
电源模块还有以下多个优点:• 每一模块可以分别加以严格测试,以确保其高度可靠,其中包括通电测试,以便剔除不合规格的产品。
相较之下,集成式的解决方案便较难测试,因为整个供电系统与电路上的其他功能系统紧密联系一起。
• 不同的供应商可以按照现有的技术标准设计同一大小的模块,为设计电源供应器的工程师提供多种不同的选择。
• 每一模块的设计及测试都按照标准性能的规定进行,有助减少采用新技术所承受的风险• 若采用集成式的解决方案,一旦电源供应系统出现问题,便需要将整块主机板更换;若采用模块式的设计,只要将问题模块更换便可,这样有助节省成本及开发时间经常被忽略的电源模块设计问题虽然采用模块式的设计有以上的多个优点,但模块式设计以至板上直流/直流转换器设计也有本身的问题,很多人对这些问题认识不足,或不给予足够的重视。
以下是其中的部分问题:• 输出噪音的测量• 磁力系统的设计• 同步降压转换器的击穿现象• 印刷电路板的可靠性这些问题会在下文一一加以讨论,下文还会介绍多种可解决这些问题的简单技术。
输出噪音的测量技术所有采用开关模式的电源供应器都会输出噪音。
开关频率越高,便越需要采用正确的测量技术,以确保所量度的数据准确可靠。
量度输出噪音及其他重要数据时,可以采用图 2 所示的 Tektronix 探针探头 (一般称为冷喷嘴探头),以确保测量数字准确可靠,而且符合预测。
这种测量技术也确保接地环路可减至最小。
图 2:测量输出噪音数字进行测量时我们也要将测量仪表可能会出现传播延迟这个因素计算在内。
大部分电流探头的传播延迟都大于电压探头。
因此必须同时显示电压及电流波形的测量便无法确保测量数字的准确度,除非利用人手将不同的延迟加以均衡。
电流探头也会将电感输入电路之内。
典型的电流探头会输入 600nH 的电感。
对于高频的电路设计来说,由于电路可承受的电感不能超过 1μH,因此,经由探头输入的电感会影响 di/dt 电流测量的准确性,甚至令测量数字出现很大的误差。
若电感器已饱和,则可采用另一更为准确的方法测量电流量,例如,我们可以测量与电感器串行一起的小型分路电阻的电压。
磁学的设计磁心是否可靠是另一个经常被人忽略的问题。
大部分输出电感器都采用铁粉磁心,因为铁粉是成本最低的物料。
铁粉磁心的成份之中大约有 95% 属纯铁粒,而这些铁粉粒利用有机胶合剂粘合一起。
这些胶合剂也将每一铁粉粒分隔,使磁心内外满布透气空间。
铁粉是构成磁心的原材料,但铁粉含有小量的杂质如锰及铬,而这些杂质会影响磁心的可靠性,影响程度视乎所含杂质的数量。
我们可以利用光谱电子显微镜 (SEM) 仔细查看磁心的截面,以便确定杂质的相对分布情况。
磁心是否可靠,关键在于材料是否可以预测以及其供应是否稳定可靠。
若铁粉磁心长期处于高温环境之中,磁心损耗可能会增加,而且损耗一旦增多,便永远无法复原,因为有机胶合剂出现份子分解,令涡流损耗增加。
这种现象可称为热老化,最后可能会引致磁心出现热失控。
磁心损耗的大小受交流电通量密度、操作频率、磁心大小及物料类别等多个不同因素影响。
以高频操作为例来说,大部分损耗属涡流损耗。
若以低频操作,磁滞损耗反而是最大的损耗。
涡流损耗会令磁心受热,以致效率也会受影响而下跌。
产生涡流损耗的原因是以铁磁物质造成的物体受不同时间的不同磁通影响令物体内产生循环不息的电流。
我们只要选用一片片的铁磁薄片而非实心铁磁作为磁心的物料,便可减低涡流损耗。
例如,以磁带绕成的 Metglas 便是这样的一种磁心。
其他的铁磁产品供应商如 Magnetics Inc 也生产以磁带绕成的磁心。
Micrometals () 等磁心产品供应商特别为设计磁性产品的工程师提供有关磁心受热老化的最新资料及计算方式。
采用无机胶合剂的铁粉磁心不会有受热老化的情况出现。
市场上已有这类磁心出售,Micrometals 的 200C 系列磁心便属于这类产品。
同步降压转换器的击穿现象负载点电源供应系统 (POL) 或使用点电源供应系统 (PUPS) 等供电系统都广泛采用同步降压转换器 (图3)。
这种同步降压转换器采用高端及低端的 MOSFET 取代传统降压转换器的钳位二极管,以便降低负载电流的损耗。
工程师设计降压转换器时经常忽视“击穿”的问题。
每当高端及低端 MOSFET 同时全面或局部启动时,便会出现“击穿”的现象,使输入电压可以将电流直接输送到接地。
击穿现象会导致电流在开关的一瞬间出现尖峰,令转换器无法发挥其最高的效率。
我们不可采用电流探头测量击穿的情况,因为探头的电感会严重干扰电路的操作。
我们可以检查两个场效应晶体管 (FET) 的门极/源极电压,看看是否有尖峰出现。
这是另一个检测击穿现象的方法。
(上层 MOSFET 的门极/源极电压可以利用差分方式加以监测。
)图3:同步降压转换器我们可以利用以下的方法减少击穿现象的出现。
采用设有“固定死区时间”的控制器芯片是其中一个可行的办法。
这种控制器芯片可以确保上层 MOSFET 关闭之后会出现一段延迟时间,才让下层 MOSFET 重新启动。
这个方法较为简单,但真正实行时则要很小心。
若死区时间太短,可能无法阻止击穿现象的出现。
若死区时间太长,电导损耗便会增加,因为底层场效应晶体管内置的二极管在整段死区时间内一直在启动。
由于这个二极管会在死区时间内导电,因此采用这个方法的系统效率便取决于底层 MOSFET 的内置二极管的特性。
另一个减少击穿的方法是采用设有“自适应死区时间”的控制器芯片。
这个方法的优点是可以不断监测上层 MOSFET 的门极/源极电压,以便确定何时才启动底层MOSFET。
高端 MOSFET 启动时,会通过电感感应令低端 MOSFET 的门极出现 dv/dt 尖峰,以致推高门极电压 (图4)。
若门极/源极电压高至足以将之启动,击穿现象便会出现。
图4:出现在低端 MOSFET 的 dv/dt 感生电平振幅通道 1 开关节点通道 2 低端 MOSFET 的门极/源极电压自适应死区时间控制器负责在外面监测 MOSFET 的门极电压。
因此,任何新加的外置门极电阻会分去控制器内置下拉电阻的部分电压,以致门极电压实际上会比控制器监控的电压高。
预测性门极驱动是另一个可行的方案,办法是利用数字反馈电路检测内置二极管的导电情况以及调节死区时间延迟,以便将内置二极管的导电减至最少,确保系统可以发挥最高的效率。
若采用这个方法,控制器芯片需要添加更多引脚,以致芯片及电源模块的成本会增加。
有一点需要注意,即使采用预测性门极驱动,也无法保证场效应晶体管不会因为dv/dt 的电感感应而启动。
延迟高端 MOSFET 的启动也有助减少击穿情况出现。
虽然这个方法可以减少或彻底消除击穿现象,但缺点是开关损耗较高,而效率也会下降。
我们若选用较好的MOSFET,也有助缩小出现在底层 MOSFET 门极的 dv/dt 电感电压振幅。
Cgs 与 Cgd 之间的比率越高,在 MOSFET 门极上出现的电感电压便越低。
击穿的测试情况经常被人忽略,例如在负载瞬态过程中 -- 尤其是每当负载已解除或突然减少时 -- 控制器会不断产生窄频脉冲。
目前大部分高电流系统都采用多相位设计,利用驱动器芯片驱动 MOSFET。
但采用驱动器芯片会令击穿问题更为复杂,尤其是当负载处于瞬态过程之中。
例如,窄频驱动脉冲的干扰,再加上驱动器出现传播延迟,都会导致击穿情况的出现。
大部分驱动器芯片生产商都特别规定控制器的脉冲宽度必须不可低于某一最低的要求,若低于这个最低要求,便不会有脉冲输入 MOSFET 的门极。
此外,生产商也为驱动器芯片另外加设可设定死区时间 (T RT) 的功能,以增强自适应转换定时的准确性。
办法是在可设定死区时间引脚与接地之间加设一个可用以设定死区时间的电阻,以确定高低端转换过程中的死区时间。
这个死区时间设定功能加上传播延迟可将处于转换过程中的互补性 MOSFET 关闭,以免同步降压转换器出现击穿情况。
可靠性任何模块都必须在早期阶段通过严格的测试,以确保设计完善可靠,以免在生产过程中的最后阶段才出现意想不到的问题。
有关模块必须可以在客户的系统之中进行测试,以确保所有有可能导致系统出现故障的相关因素,例如散热扇故障、散热扇间歇性停顿等问题都能给予充分的考虑。
采用分散式结构的工程师都希望所设计的系统可以连续使用很多年而很少或甚至不会出现故障。
由于测试数字显示电源模块的 MTBF 高达几百万小时,要达到这个目标并不怎样困难。
但经常被人忽略的反而是印刷电路板的可靠性问题。
照目前的趋势看,印刷电路板的面积越缩越小,但需要处理的电流量则越来越大,因此电流密度的增加可能会引致隐蔽式或其他通孔无法执行正常功能。
印刷电路板有部分隐蔽通孔必须传送大量电流,对于这些隐蔽通孔来说,其周围必须有足够的铜造防护装置为其提供保护,以确保设计更可靠耐用。
这种防护装置也可抑制 z 轴的受热膨胀幅度,若非如此,生产过程中以及产品使用时印刷电路板的环境温度一旦有什么变化,隐蔽通孔便会外露。
工程师必须参考印刷电路板厂商的专业意见,彻底复检印刷电路板的设计,而印刷电路板厂商可以根据他们的生产能力提供有关印刷电路板设计可靠性的专业意见。
总结我们若要利用电源模块组建可靠的电源供应系统,便必须解决设计可靠性的问题。
上文集中讨论几个主要问题,其中包括铁粉磁心的可靠性、磁系统的特性、同步降压转换器的击穿现象以及高电流系统印刷电路板的可靠性等问题。
致谢:Tushar Dhayagude 先生及 Haachitaba Mweene 博士曾就本文内容提出他们的宝贵的意见,作者谨此向他们一一致谢。
参考资料:1. “同步降压稳压器的击穿现象” -- Jon Klein2. “容易出现交叉电导的 MOSFET” -- Alan Elbanhawy。