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DC /DC電源模塊高溫失效原因

作者: 時(shí)間:2011-04-18 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘 要: 為了得到一款軍品級(jí)因?yàn)閷?dǎo)致, 通過(guò)對(duì)內(nèi)部元件加熱測(cè)試, 觀測(cè)電學(xué)參數(shù)的變化, 并與模塊整體加熱電學(xué)參數(shù)變化的結(jié)果做比較。得到影響模塊輸出電學(xué)參數(shù)變化的最主要的元件, 同時(shí)對(duì)該元件特性分析, 獲得元件隨溫度變化的原理。測(cè)得其輸出電壓隨環(huán)境溫度的上升, 而緩慢下降的主要來(lái)自于光耦的溫度特性。環(huán)境溫度達(dá)到150℃左右時(shí), 模塊內(nèi)變壓器磁芯溫度將達(dá)到居里點(diǎn)附近, 使模塊輸出電壓幾乎為零。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/179200.htm

  0 引 言

  / 模塊( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)模塊),是一種運(yùn)用功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)/ DC 功率變換的開(kāi)關(guān)。

  它廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程及數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域, 涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè), 并在遠(yuǎn)程和數(shù)字通信領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展, 開(kāi)關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛, 所工作的環(huán)境也越來(lái)越惡劣, 統(tǒng)計(jì)資料表明, 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。本文所研究的電源模塊是中電集團(tuán)第四十三所研制的廣泛用于軍工的一款高性能DC/ DC 電源模塊。與Interpoint 的MHF2815S+ 相比, 具有輸出效率高, 產(chǎn)生熱量少, 抗浪涌能力高等優(yōu)點(diǎn)。

  在DC/ DC 電源模塊電源結(jié)構(gòu)中主要的元器件有:

  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(kāi)關(guān)特性提高轉(zhuǎn)換效率) 和肖特基二極管( 整流以及濾波, 是功率輸出的主要部件)。

  1 電源模塊輸出電壓與工作溫度的關(guān)系

  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28 V, 輸出負(fù)載15Ω ,輸出電流1 A;測(cè)試輸入電流與輸出電壓隨溫度的變化。發(fā)現(xiàn)模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(jiàn), 加熱溫度在50 ℃ ,V out 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(guò)多而。, 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(jiàn)模塊的效率, 隨著溫度的升高, 變化趨勢(shì)更加明顯, 開(kāi)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。

  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(guò)測(cè)試可以完成模塊的所有功能, 同時(shí)因?yàn)榉羌苫?可以對(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V ou t 的變化。

電源模塊Vout 與溫度T 的關(guān)系

圖1 電源模塊Vout 與溫度T 的關(guān)系。

電源模塊效率η 與溫度T 的關(guān)系
圖2 電源模塊效率η 與溫度T 的關(guān)系。


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關(guān)鍵詞: 失效 原因 高溫 模塊 /DC 電源 DC

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