DC-DC電源模塊性能與工作溫度的關(guān)系測試分析.doc

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1、DC/DC電源模塊性能與工作溫度的關(guān)系測試分析　　隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展和開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，所工作的環(huán)境也越來越惡劣，統(tǒng)計資料表明，電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10%，溫升為50℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6。本文所研究的電源模塊是中電集團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tnterlmint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?！　≡贒C/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，避免前后級干擾，并傳遞取

2、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，是功率輸出的主要部件)?！　‰娫茨K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，首先對電源模塊整體進行加熱，測試其輸入電流、輸出電流、輸出電壓(Vout)電學(xué)參數(shù)，試驗條件：保持輸入電壓28V，輸出負載15歐，輸出電流1A;測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不是很明顯，-其變化趨勢是伴隨著溫度的升高，電源模塊的電壓逐漸減小，而且

3、趨勢非常明顯，從圖1中可見，加熱溫度在50℃，Vout為14.98V;溫度為142℃時，Vout降為14.90V。此外，因為模塊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，模塊也會因為產(chǎn)生熱量過多而失效。為此計算了該試驗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。在測試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度升到150℃，模塊輸出電壓為零?！　　　　　榱藢ふ覍?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

4、試可以完成模塊的所有功能，同時因為非集成化，可以對其元件單獨測試，避免了集成元件因尺寸太小而難以測試的條件。下面對電源模塊中的重要的元件單獨加熱，測試其電參數(shù)隨溫度的變化，同時測試電路Vout的變化?！　≡囟刃阅軐δK溫度特性的影響　　變壓器　　變壓器在中不僅能傳遞能量，同時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)，變壓器會產(chǎn)生很多的熱量，成為模塊熱量產(chǎn)生的主要。實驗中首先測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，

5、線圈電感量先增加，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是逐漸增加，當(dāng)溫度達到220℃，磁芯溫度達到居壁點，線圈的電感量迅速降為零。對于不同磁芯材料的變壓器其居里點溫度有所不同，對于此類變壓器，可知居里溫度在220℃附近。當(dāng)變壓器溫度接近居里點時，變壓器電感量會迅速減小，會導(dǎo)致輸出電壓迅速下降?！　　　嶒炛羞€測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

6、變化仍然較小。關(guān)于電感更詳盡的信息：http://www.dzsc.com/product/file693.html　　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，測試變壓器的溫度，通過對測試數(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高于電源模塊的工作溫度。當(dāng)環(huán)境溫度為150℃，感溫線測試的結(jié)果約190℃，由于感溫線測試點是變壓器圓孔內(nèi)部的空氣，不是變壓器的磁芯溫度，因此感溫線的測量結(jié)果比實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

7、度將接近居里點，因此當(dāng)模塊的環(huán)境溫度超過150℃時，模塊中變壓器的溫度將達到變壓器磁芯的居里點溫度，此時模塊的輸出電壓幾乎為零?！　∶}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)動功率器件，從而得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。　　在該型號電源模塊中，PWM-SG3524的功能是提供兩路方波信號給三極管和VDMOS，并根據(jù)方波信號的寬度控制VDMOS的導(dǎo)通與關(guān)斷時間。在此試驗中，對電路工作狀態(tài)的PWM-SG3524單獨加溫，并測試輸出方波信號與溫度的關(guān)系，測得波形沒有明顯變化;在加溫的同時對模塊的輸入、輸出電流電

8、壓進行記錄，發(fā)現(xiàn)隨著PWM所在環(huán)境溫度的升高輸入電流與輸入電壓變化都很小;輸出電壓與輸出電流變化也很小，加熱PWM導(dǎo)致電參數(shù)變化與模塊整體加熱電參數(shù)相比可以忽略。證