如何解決電源常見應(yīng)用問題(DC/DC定壓篇)
發(fā)布時(shí)間:2020-09-10 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】開關(guān)電源以高集成度、高可靠性、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)等多重優(yōu)勢(shì),受到許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的青睞,但其容易上手,操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)也會(huì)在使用中出現(xiàn)一些問題,例如:輸出電壓偏低/飄高、模塊損壞、EMC無法滿足等,針對(duì)這些可能發(fā)生的電源應(yīng)用問題,該如何排查并解決相應(yīng)故障。本文將主要針對(duì)DC/DC定電壓輸入電源應(yīng)用入手分析幾種常見的電源輸出故障。
輸出電壓偏低/飄高
在日常使用中,由于外圍器件選用不合適、元件損壞、誤操作等,都有可能導(dǎo)致模塊在通電后出現(xiàn)輸出電壓偏低/飄高的問題,會(huì)讓后級(jí)電路無法正常工作。那么通常是由哪些原因造成的呢?
輸入電壓偏低/飄高
排查方案:可實(shí)際測(cè)量輸入端端子電壓,并將輸入電壓調(diào)準(zhǔn)確。
偏低:輸出外接濾波電容過大
排查方案:用電橋?qū)崪y(cè)輸出容性大小。輸出外接電容應(yīng)小于技術(shù)手冊(cè)規(guī)定的最大值。
偏低:輸入端防反接保護(hù)二極管壓降過大
排查方案:確認(rèn)二極管陽(yáng)極輸入端電壓??刹捎脡航递^小的二極管。
偏低:輸出電路存在過流現(xiàn)象
排查方案:在模塊輸出端串聯(lián)一個(gè)電流表,檢測(cè)輸出電流大小;或者檢測(cè)模塊輸入端電流大小,根據(jù)效率進(jìn)行換算得出輸出電流大小??筛挠梦宜据敵龉β矢蟮漠a(chǎn)品。
飄高:輸出端負(fù)載過輕,輕于10%額定負(fù)載
排查方案:檢測(cè)輸出電流大小,確認(rèn)實(shí)際帶載情況。需確保模塊工作時(shí)輸出端至少有10%額定負(fù)載,若實(shí)際電路存在小于10%額定負(fù)載情況,可在輸出端并聯(lián)一個(gè)額定功率10%左右的假負(fù)載。
電源模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的開爾文測(cè)試法,如圖1所示,測(cè)試條件:室溫Ta=25℃,濕度<75%。
圖1 開爾文測(cè)試法
模塊輸出不穩(wěn)壓
電源模塊包括輸出穩(wěn)壓與非穩(wěn)壓2種類型。但在產(chǎn)品應(yīng)用中,使用了輸出穩(wěn)壓型的電源卻還是出現(xiàn)輸出不穩(wěn)壓的情況,主要原因有以下幾種:
輸入/輸出端反接
在測(cè)試過程中,誤操作將輸入/輸出端反接,導(dǎo)致輸出端電壓跟隨輸入端電壓變化而變化。建議按照技術(shù)手冊(cè)引腳定義進(jìn)行接線測(cè)試。
模塊后端存在反灌電壓
導(dǎo)致模塊內(nèi)部穩(wěn)壓器擊穿短路。排查方案:更換模塊,重新測(cè)試并對(duì)輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)。建議在模塊后端外接二極管或者TVS管,對(duì)反灌電壓進(jìn)行抑制。
輸入端過壓
排查方案:檢測(cè)輸入電壓,判斷是否有電壓尖峰或超出最大輸入電壓要求。建議按技術(shù)規(guī)格書要求電壓范圍供電。
輸出噪聲大/紋波一片模糊
紋波和噪聲是衡量電源模塊優(yōu)劣的一大關(guān)鍵指標(biāo),在應(yīng)用電路中,模塊周邊元器件的設(shè)計(jì)布局等也會(huì)影響輸出噪聲,哪些因素對(duì)輸出紋波和噪聲有較大影響呢?
電源模塊與主電路噪聲敏感元件(如A/D、D/A、或MCU等)距離過近
排查方案:用近場(chǎng)探頭檢測(cè)噪聲源。建議將電源模塊遠(yuǎn)離主電路噪聲敏感元件或進(jìn)行隔離。
多路系統(tǒng)中各單路輸出的電源模塊之前產(chǎn)生差頻干擾
排查方案:使用銅箔包裹一路后接地,檢測(cè)另一路輸出端紋波噪聲是否有明顯變化。建議使用多路輸出的電源模塊替代多個(gè)單路輸出模塊。
主電路噪聲敏感元件的電源輸入端未接去耦電容
排查方案:測(cè)量模塊輸出端電容容值。建議在主電路噪聲敏感元件的電源輸入端接0.1uF去耦電容。
紋波和噪聲是疊加在直流輸出上的周期性和隨機(jī)性交流成分,它也影響著輸出精度,一般對(duì)紋波和噪聲采用峰-峰值計(jì)量(mVp-p)
第一步,先將示波器帶寬設(shè)置為20MHz,可以有效防止高頻噪聲;
第二步,采用平行線測(cè)試法、雙絞線法或靠測(cè)法。
圖2 平行線測(cè)試法
注意:
(1)C1:高頻陶瓷電容C1容值為1uF,C2根據(jù)技術(shù)手冊(cè)推薦的電容值選擇相應(yīng)電容;
(2)兩平行線銅箔帶之間的距離為2.5mm,兩平行銅箔帶的電壓降之和應(yīng)小于輸出電壓值的2%。
圖3 紋波噪聲測(cè)試波形
電源模塊故障問題種類繁多,本文針對(duì)以上幾種常見的DC/DC輸出故障問題,簡(jiǎn)單闡述
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