DCDC模块电源的应用与选择

DCDC模块电源的中心议题：

如何正确合理的选用DC/DC模块电源

DCDC模块电源的解决方案：

额定功率的考虑

封装形式注意事项

选择合适的温度范围与降额使用

隔离电压的考虑

功耗和效率的考虑

DC/DC模块电源以其体积小巧、性能卓异、使用方便的显著特点，在通信、网络、工控、铁路、军事等领域日益得到广泛的应用。很多系统设计人员已经意识到：正确合理地选用DC/DC模块电源，可以省却电源设计、调试方面的麻烦，将主要精力集中在自己专业的领域，这样不仅可以提高整体系统的可靠性和设计水平，而且更重要的是缩短了整个产品的研发周期，为在激烈的市场竞争中领先致胜赢得了宝贵商机。那么，怎样正确合理地选用DC/DC模块电源呢，笔者将从DC/DC模块电源开发设计的角度，谈一谈这方面的问题，以供广大系统设计人员参考。

电源模块选择需要考虑的几个方面

额定功率

封装形式

温度范围与降额使用

隔离电压

功耗和效率

额定功率

一般建议实际使用功率是模块电源额定功率的30～80%为宜(具体比例大小还与其他因素有关，后面将会提到。)，这个功率范围内模块电源各方面性能发挥都比较充分而且稳定可靠。负载太轻造成资源浪费，太重则对温升、可靠性等不利。所有模块电源均有一定的过载能力，但是仍不建议长时间工作在过载条件下，毕竟这是一种短时应急之计。

封装形式

DC/DC变换器的外形尺寸和输出形式差异很大。小功率产品采用密封外壳，外形十分纤小;大功率产品常采用quarter-brick 或half-brick的形式，电路或暴露，或以外壳包裹。在选择时，需要注意以下两个方面：第一，引脚是否在同一平面上;第二，是否便于焊接。SMT形式的变换器必须要符合IEC191-6:1990标准的要求，该标准对SMT器件引脚的共面问题做出了严格限定。器件引脚不共面会造成器件装配时定位困难，严重影响焊接质量，提高次品率。SMT形式的变换器应能承受规定的焊接条件。对于绝大多数现代流水线而言，器件必须满足 CEC00802标准所规定的回流焊要求，即器件表面温度可超过300℃。如果变换器不能满足这个要求，就需要为其设计专门的焊接装配工艺，这会增加装配时间，提高生产成本。

模块电源的封装形式多种多样，符合国际标准的也有，非标准的也有，就同一公司产品而言，相同功率产品有不同封装，相同封装有不同功率，那么怎么选择封装形式呢?主要有三个方面：① 一定功率条件下体积要尽量小，这样才能给系统其他部分更多空间更多功能;② 尽量选择符合国际标准封装的产品，因为兼容性较好，不局限于一两个供货厂家;③ 应具有可扩展性，便于系统扩容和升级。选择一种封装，系统由于功能升级对电源功率的要求提高,电源模块封装依然不变,系统线路板设计可以不必改动,从而大大简化了产品升级更新换代，节约时间。全部符合国际标准，为业界广泛采用的半砖、全砖封装，与VICOR、 LAMBDA等著名品牌完全兼容，并且半砖产品功率范围覆盖50～200W，全砖产品覆盖100～300W。

温度范围与降额使用

一般厂家的模块电源都有几个温度范围产品可供选用：商品级、工业级、军用级等，在选择模块电源时一定要考虑实际需要的工作温度范围，因为温度等级不同材料和制造工艺不同价格就相差很大，选择不当还会影响使用，因此不得不慎重考虑。可以有两种选择方法：一是根据使用功率和封装形式选择，如果在体积(封装形式)一定的条件下实际使用功率已经接近额定功率，那么模块标称的温度范围就必须严格满足实际需要甚至略有裕量。二是根据温度范围来选，如果由于成本考虑选择了较小温度范围的产品，但有时也有温度逼近极限的情况，怎么办呢?降额使用。即选择功率或封装更大一些的产品，这样“大马拉小车”，温升要低一些，能够从一定程度上缓解这一矛盾。降额比例随功率等级不同而不同，一般50W以上为3～10W/℃。总之要么选择宽温度范围的产品，功率利用更充分，封装也更小一些，但价格较高;要么选择一般温度范围产品，价格低一些，功率裕量和封装形式就得大一些。应折衷考虑。

商品级(0 ℃ 到+70 ℃)

工业级(-40 ℃ 到+85 ℃)

军用级(-55 ℃到+125 ℃)

变频与定频

和所有开关型器件一样，DC/DC变换器在工作时会产生噪声，因此滤波性能的好坏也是重要的选型依据。集成化的DC/DC变换器通常采用的是变频开关技术或是定频开关技术。　　采用变频开关技术的变换器由于要根据负载状况进行不断调整，所以会导致频带展宽，增加滤波器的复杂度。而定频开关变换器在这方面则简便许多，甚至可以使用LC滤波器。

工作频率

一般而言工作频率越高，输出纹波噪声就更小，电源动态响应也更好，但是对元器件特别是磁性材料的要求也越高，成本会有增加，所以国内模块电源产品开关频率多为在300kHz以下，甚至有的只有100kHz左右，这样就难以满足负载变条件下动态响应的要求，因此高要求场合应用要考虑采用高开关频率的产品。另外一方面当模块电源开关频率接近信号工作频率时容易引起差拍振荡，选用时也要考虑到这一点。

隔离度

绝大多数的电路都必须实现隔离，即将负载连同负载对本地电源的噪声与电网的其他负载和噪声隔开。只有隔离变换器能够达到这个要求。　　采用隔离变换器除了实现上述要求之外，还可以实现差分形式的输出，以及双极型输出(见图)。　　此外，将隔离型变换器的输出高压端与负载的电源地相连，就形成了负电源。由于电压参考点不是地，因此负载可以获得更高的电压。　　采用隔离型变换器的另一个妙处是：可以将多个具有不同输出电压的变换器级联起来，构成一个电源。对于那些单个变换器的输出电压达不到工作电压要求的设备，这种特性非常有用。　　在一定时限内(通常是1秒)变换器所能承受的、施加在输入端和输出端之间的最高电压，称为变换器的隔离强度。而变换器的额定工作电压是指变换器能长时间承受的加在输入端的电压，这个电压低于隔离强度。　　在选择隔离型变换器时还需要考虑器件的泄漏电流指标，泄漏电流是指因输入回路和输出回路之间的耦合电容而产生的电流。只要给定隔离电容的值，并且确定噪声频率，就可以根据阻抗计算出泄漏电容的大小。　　泄漏电流随噪声电压的增加而增大，随隔离电容的减小而减小。因此，设计低噪声电源时，应该选择隔离强度高而隔离电容低的DC/DC变换器，以减小泄漏电流。