如何解決開關電源應用中的常見問題

目前,市場上電源??櫓擲嚳倍?,不同電源產品的輸入電壓、輸出功率、功能及拓撲結構等都各 不相同,其特點都是為微控制器、集成電路、數字信號處理器、模擬電路、及其他數字或模擬等負載供 電。電源??櫚目煽啃員冉細?,但也可能會發生故障,下面以致遠電子的DC-DC電源為例分析幾種常見的 電源故障。


圖1RS-485自動收發示意圖
一、 輸出電壓偏低

電源輸出電壓過低,會讓后級電路無法正常工作,如在微控制器系統中,負載突然增大,會拉低微 控制器的供電電壓,而造成微控制器復位,這會對整個系統級的電路帶來毀滅性的打擊,會造成一子落 錯全盤毀的連鎖式反應。輸出電壓過低通常是由那些原因造成的呢?

(1)輸出級并聯多個負載,在正常工作后,有負載需要較大的瞬態電流,造成電壓被瞬間拉低 ,從而影響其它并聯的負載;

(2)輸出線路過長或過細,造成線損過大,從而在線路間產生了不小的壓降,最終導致電源模 塊的輸出電壓到真正的負載兩端時,電壓偏低;

(3)防反接二極管的壓降過大,一般二極管的正向壓降在0.2~0.6V之間,如果電源??槭涑齙? 是5V電壓,那么高導通壓降的二極管所產生的電壓降就會使后級電路的電壓偏低,從而不能正常工作;

(4)??橥馕У緶分械氖淙肼瞬ǖ綹泄?,導致內阻變大,電流扼制作用增強,當后級負載突 然變重時,電流供應不上而導致負載兩端的電壓偏低。

解決方法:

1) 在輸出端并一個大電容或換用更大功率輸入電源;

2) 調整布線,增大導線截面積或縮短導線長度,減小內阻,如果其電源??橛蠺rim功能 調節,可以調高輸出電壓來抵消線損產生的壓降;

3) 換用導通壓降小的二極管;

4) 減小濾波電感值且降低電感的內阻。

二、 輸入電壓偏高

由于某些電源??檳誆康牡繾釉骷牡繆褂嗔可杓撇還?,在輸入電壓過高時,造成??樗? 壞,甚至燒毀,這是就需要我們在外圍做一些?;?,哪些常見原因易造成輸入電壓偏高呢?

1)在電源??槭淙攵私腥炔灝紊系?,此時其電壓尖峰及浪涌電流都較高,抗壓差的??榛岜凰布? 擊穿損壞;

2)輸出端負載過輕,輕于10%的額定負載,對一些非線性穩壓的電源產品來說,??椴灰歡ɑ崴鴰? ,但會影響后級的一些性能,如效率偏低,??櫧鵲?;

3)前級供電電源的電壓沖擊導致輸入電壓偏高或產生干擾電壓,電磁兼容也較容易造成輸入電壓高 ,如雷擊浪涌、群脈沖

解決方法:

1) 確保輸出端不小于少10%的額定負載,若實際電路工作中常有空載現象,就在輸出端并接一個額 定功率10%的假負載;

2) 更換一個合理且穩定范圍的輸入電壓源,存在干擾電壓時要考慮在輸入端并上TVS管或穩壓管, 也可加EMC的外圍電路。

三、 ??櫸⑷妊現?/div>

電源??樵詰繆棺還討杏心芰克鷙?,產生熱能導致??櫸⑷?,降低電源的轉換效率,影響電 源??檎9ぷ?,但什么情況下會造成電源??櫸⑷冉涎現嗇??

1)使用的是線性電源???,由于線性電源內部的電路結構使得其功率導通壓降大,在相同的輸出功 率下,線性電源??檳誆坎乃鷙母?;

2)負載過流,超出數據手冊應用范圍使得內部關鍵器件溫度飆升;

3)環境溫度過高或散熱不良。

4)其他大發熱源熱傳遞

熱成像儀觀測發熱電源??镋7805OS-500在標稱電壓下的溫度分布,如圖2所示:

解決方法:

1)使用線性電源時要加散熱片,或選擇效率高的開關電源;

2)換輸出功率更大的???,確保有70%~80%的負載降額;

3)降低環境溫度,保持散熱良好。

四、輸出噪聲較大

1)噪聲是衡量電源??橛帕擁囊淮蠊丶副?,在應用電路中,??櫓鼙咴骷納杓撇季值紉不嵊? 響輸出噪聲,哪些因素對輸出噪聲有較大影響呢?

2)電源??橛脛韉緶吩肷舾性嗬牘?;

3)主電路噪聲敏感元件的電源輸入端處未接去耦電容;

4)多路系統中各單路輸出的電源??櫓洳釔蹈扇?;

5)地線處理不合理;

6)電源??槭淙攵說腦肷?,未處理,直接耦合到電源??槭涑齠?;

ZDS2024示波器測試對比??槭艿礁扇龐胛幢桓扇諾牡繚茨?槭涑鑫撇ㄔ肷?,對比下圖如圖3所示:


未受外界干擾的紋波噪聲,Vz=104mV

未受外界干擾的紋波噪聲,Vz=734mV

解決方法:

1)將電源??榫】贍茉獨脛韉緶吩肷舾性蚰?橛脛韉緶吩肷舾性懈衾?;

2)主電路噪聲敏感元件(如:A/D、D/A或MCU等)的電源輸入端處接0.1μF去耦電容;

3)使用一個多路輸出的電源??櫬娑喔齙ヂ肥涑瞿?橄釔蹈扇?;

4)采用遠端一點接地、減小地線環路面積。

五、電源??櫧舳?/p>

在電源的應用電路中,經?;岢魷值繚茨?槭涑齠說繆共徽?,輸出端就是沒有任何輸出,電源??? 也無損壞,是什么原因呢?或許是電源??楸舊砭臀薹ㄆ舳??

外接電容過大(即容性負載過大),需要充電的時間變長,有些電源??樵詮娑ㄊ奔淠誆荒芙⒑檬? 出電壓,就會進入過流?;?,從而??槲奘涑?;

電子負載在CC模式下也會造成部分啟動能力弱的電源??櫧艋渙?,由于在CC模式下啟機的時候,其 模擬的負載趨近于零,且反應調節時間相對較長,絕大多數的電源??橛τ玫幕肪呈粲詿康繾枘J?;

負載需要的電流過大,而電源??櫚ノ皇涑齙淖畬篤驕緦韃還壞賈履?槲薹ㄆ舳?;

輸入線路過長,使得線路之間產生的壓降過大,而導致輸入電壓低于??槭淙氳繆溝南孿摶?;

解決方法:

1) 外接電容過大,在電源??櫧舳畢蚱涑淶縭奔浣銑?,難以啟動,需要選擇合適的容性負載;

2) ??椴饈躍×墾≡窀詠孔枘J礁涸夭饈?;

3) 選擇功率合適的電源???;

4) 先測試電源??槭淙攵艘諾繆故欠竦陀謔菔植嵋蟮淖畹偷繆?,再根據實際情況提高電源 輸入端的電壓。。

六、 耐壓不良

一般隔離電源??櫚哪脫怪悼篩嘰錛蓋Х?,但在應用電路中,哪些因素會導致其耐壓能力降低?

選用的??楦衾氳繆怪擋還?,往往是應用工程師評估的耐壓值比在實際應用環境下的耐壓值低造成的 ;

維修中多次使用回流焊、熱風槍;

外圍電路布線與器件放置時未按安規相關的爬電距離來要求,也會造成耐壓不良。

用耐壓儀測試電源??楦衾氳繆溝姆椒ㄈ繽?所示:

解決辦法:

1) 根據現場環境的實際評估值來選取耐壓值合適電源???,最好能預留500V以上的余量;

2) 焊接電源??槭幣∪『鮮實奈露?,避免反復焊接,損壞電源???;

3) 嚴格按照安規規定的要求布置輸入與輸出之間的線路后器件。

七、 總結

電源??楣收銜侍庵擲嚳倍?,小編針對以上幾種常見的應用型故障問題,淺淺而談,以作拋磚引玉 。

致遠電子擁有近二十年的研發經驗,可以提供多種負壓產生方案的選擇。隔離1000VDC、1500VDC、 3000VDC及6000VDC等多個系列,封裝形式多樣,兼容國際標準的SIP、DIP等封裝。同時致遠電子為保證 電源產品性能建設了行業內一流的測試實驗室,配備先進、齊全的測試設備,全系列隔離DC-DC電源通 過完整的EMC測試,靜電抗擾度高達4KV、浪涌抗擾度高達2KV,可應用于絕大部分復雜惡劣的工業現場, 為用戶提供穩定、可靠的電源隔離解決方案。

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