DC/DC電源模塊的溫度的關(guān)系測(cè)試解析
DC/DC電源模塊電源結(jié)構(gòu)包括: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,利用其良好的開關(guān)特性提高轉(zhuǎn)換效率)和肖特基二極管(整流以及濾波,這些是功率輸出的主要部件)。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/226622.htm我們了解到,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。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28V,輸出負(fù)載15Ω,輸出電流1A;測(cè)試輸入電流與輸出電壓隨溫度的變化。
發(fā)現(xiàn)橫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,從圖1中可見,加熱溫度在50℃,Vout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,從圖2可見模塊的效率,隨著溫度的升高,變化趨勢(shì)更加明顯,開始較為緩慢,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。
圖1:電源模塊Vout與溫度T的關(guān)系
圖2:電源模塊效率與溫度的關(guān)系為了尋找導(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)過測(cè)試可以完成模塊的所有功能,同時(shí)因?yàn)榉羌苫?,可以?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Vout的變化。
元件溫度性能對(duì)模塊溫度特性的影響
變壓器
變壓器在中不僅能傳遞能量,同時(shí)還起到了電氣隔離的作用,變壓器的原邊與副邊線圈匝數(shù)比的不同可以達(dá)到升壓或降壓的作用。在模塊工作狀態(tài)下,由于磁芯的渦流效應(yīng),變壓器會(huì)產(chǎn)生很多的熱量,成為模塊熱量產(chǎn)生的主要來源。
實(shí)驗(yàn)中首先測(cè)試了變壓器原邊和副邊線圈的電感量隨溫度的變化,如圖3所示,從圖3中可見隨著溫度的升高,線圈的電感量先增加,然后小幅下降,再小幅上升,在環(huán)境溫度為220℃以前,變壓器的原邊與副本電感量的整體趨勢(shì)是逐漸增加,當(dāng)溫度達(dá)到220℃,磁芯溫度達(dá)到居壁點(diǎn),線圈的電感量迅速降為零。對(duì)于不同磁芯材料的變壓器其居里點(diǎn)溫度有所不同,對(duì)于此類變壓器,可知居里溫度在220℃附近。當(dāng)變壓器溫度接近居里點(diǎn)時(shí),變壓器電感量會(huì)迅速減小,會(huì)導(dǎo)致輸出電壓迅速下降。
圖3:變壓器電感量與溫度的關(guān)系
實(shí)驗(yàn)中還測(cè)試了電路中的輸入輸出的其他電感元件的電感量隨溫度的變化。在整個(gè)加熱階段,其他元件的電感量隨溫度變化很小,與變壓器電感量變化相比可以忽略。而且在變壓器電感量下降的階段,其他電感元件的電感量變化仍然較小。
為了校正環(huán)境溫度與模塊因自生熱升高的溫度,選擇一模塊,將模塊外殼穿孔,并將感溫線放到變壓器的圓孔內(nèi)部,測(cè)試變壓器的溫度,通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)處理,得到變壓器溫度與環(huán)境溫度的關(guān)系函數(shù):y=1.18x+13??梢娮儔浩鞯臏囟冗h(yuǎn)高于電源模塊的工作溫度。當(dāng)環(huán)境溫度為150℃,感溫線測(cè)試的結(jié)果約190℃,由于感溫線測(cè)試點(diǎn)是變壓器圓孔內(nèi)部的空氣,不是變壓器的磁芯溫度,因此感溫線的測(cè)量結(jié)果比實(shí)際的變壓器的溫度要低很多,由此可以判斷變壓器的磁芯溫度將接近居里點(diǎn),因此當(dāng)模塊的環(huán)境溫度超過150℃時(shí),模塊中變壓器的溫度將達(dá)到變壓器磁芯的居里點(diǎn)溫度,此時(shí)模塊的輸出電壓幾乎為零。
脈寬調(diào)制解調(diào)器(PWM)
PWM的主要功能是根據(jù)輸出反饋,調(diào)節(jié)脈沖波形的占空比,并驅(qū)動(dòng)功率器件,從而得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。
在該型號(hào)電源模塊中,PWM-SG3524的功能是提供兩路方波信號(hào)給三極管和VDMOS,并根據(jù)方波信號(hào)的寬度控制VDMOS的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間。在此試
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