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        關(guān)于電源模塊的選型,這四個(gè)問(wèn)題你一定糾結過(guò)!

        來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2022-01-28 11:34:44 次瀏覽

        關(guān)于電源模塊的選型,這四個(gè)問(wèn)題你一定糾結過(guò)!

               電源模塊的出現,將嵌入式工程師從繁重的電源設計工作中解脫出來(lái)。但電源模塊的種類(lèi)繁多,我們在日常電路設計中該如何考慮選型呢?在日趨激烈的市場(chǎng)競爭中,產(chǎn)品的快速設計與開(kāi)發(fā)無(wú)疑已經(jīng)成為領(lǐng)先致勝、快速占領(lǐng)商機的必要條件。在項目經(jīng)理的鞭策和項目周期越來(lái)越短的普遍情況下,模塊化開(kāi)發(fā),平臺化開(kāi)發(fā),方案引用式開(kāi)發(fā)模式已經(jīng)被越來(lái)越多的系統設計人員和硬件工程師接受使用。

        任何一個(gè)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),都逃不開(kāi)電源的設計。如果將產(chǎn)品比作人,那么電源就好比一個(gè)人的心臟,心臟的健康與否,關(guān)乎到人的生死存亡。同樣,電源的設計優(yōu)劣,輕則影響整個(gè)產(chǎn)品的性能,重則影響整個(gè)項目的成敗。而電源設計,又以其專(zhuān)業(yè)程度高,調試周期長(cháng),故障排查難等特點(diǎn),讓攻城獅們深?lèi)和唇^。

        在此等大背景下,模塊電源應運而生,為攻城獅們帶來(lái)了福音。其中DC/DC電源模塊又以其體積小巧、性能優(yōu)異、使用方便、綜合成本低等顯著(zhù)特點(diǎn),在通信、網(wǎng)絡(luò )、工控、鐵路等領(lǐng)域得到廣泛的應用。

        那么,在型號繁多,參數各不相同,品牌眾多的電源模塊中,怎樣篩選出既合適,性?xún)r(jià)比又高的DC/DC電源模塊呢?一般標準選型方法大家都比較熟悉,這次我們講點(diǎn)不一樣的,講講嵌入式系統設計時(shí)DC/DC電源模塊選型時(shí)比較容易糾結的幾個(gè)問(wèn)題。

        一、“隔離” or “非隔離”?

        這部分電路到底需不需要隔離?這基本上是每一個(gè)嵌入式系統工程師都會(huì )思考的問(wèn)題。

        從隔離的目的來(lái)說(shuō),可以將隔離分為安全隔離和噪聲隔離兩大類(lèi)。由于嵌入式系統的應用廣泛性,在硬件設計中,經(jīng)常會(huì )遇到多電壓供電,數?;旌?,高速低速信號同板等復雜的情況,處理稍有不慎,就會(huì )引入干擾,輕則降低產(chǎn)品性能,重則干擾通信甚至引起系統重啟、癱瘓等。此時(shí),隔離就顯得尤為重要,在嵌入式系統的設計中,一般都會(huì )選擇使用隔離電源模塊PCB不同區塊進(jìn)行隔離供電,從最大限度上減少噪聲干擾,提高系統穩定性。

        另外,在含有工業(yè)總線(xiàn)的嵌入式系統中,常常會(huì )面臨浪涌、電弧干擾、雷擊等惡劣環(huán)境,因此需要將總線(xiàn)部分和嵌入式系統部分進(jìn)行安全隔離。隔離不僅能消除接地環(huán)路的干擾,還能阻隔外界惡劣環(huán)境因素影響通過(guò)總線(xiàn)進(jìn)入核心系統,保證核心系統安全的作用。

        二、“性能” VS “成本”?

        性能成本是一對相愛(ài)相殺的冤家,讓多少工程師面臨兩難的選擇,多少辛辛苦苦做的方案,由于成本問(wèn)題不得不放棄。是為了性能不顧成本?還是為了成本犧牲性能?怎樣平衡性能和成本,這是在產(chǎn)品設計中亙古不變的話(huà)題。

        對于同樣輸入輸出電壓的DC/DC電源模塊來(lái)說(shuō),輸出功率和工作溫度范圍是影響其成本的主要因素。電子器件工作溫度范圍一般分為:商業(yè)級(0~70℃)、工業(yè)級(-40~85℃)、車(chē)規級(-40~105℃)、軍品級(-55~125℃)等。由于溫度等級不同,對材料和制造工藝的要求不同,模塊成本就相差很大了。

        如果在體積(封裝形式)一定的條件下實(shí)際使用功率已經(jīng)接近模塊額定功率,那么模塊標稱(chēng)的溫度范圍就必須嚴格滿(mǎn)足實(shí)際使用需求甚至略有余量。如果由于成本考慮選擇了較小溫度范圍的產(chǎn)品,實(shí)際使用溫度已經(jīng)逼近模塊極限溫度的情況,怎么辦呢?這時(shí)可以采用降額使用的辦法,即選擇功率或封裝更大一些的產(chǎn)品,這樣大馬拉小車(chē),溫升低,能夠從一定程度上緩解這一矛盾。

        總之要么選擇寬溫度范圍的產(chǎn)品,功率利用更充分,封裝也更小一些,但價(jià)格較高;要么選擇一般溫度范圍產(chǎn)品,價(jià)格低一些,功率余量和封裝形式就得大一些。到底怎樣選擇,就需要根據實(shí)際的情況,綜合考慮了。

        三、功率余量留多少?

        設計余量,一個(gè)讓人又愛(ài)又恨的指標。余量設計的本質(zhì)是預防意外,它雖然與品質(zhì)無(wú)關(guān),但余量設計不足,會(huì )存在質(zhì)量問(wèn)題的隱患,余量設計過(guò)大,又會(huì )造成成本的升高。

        由于嵌入式系統應用的廣泛性,負載也具有多樣性,有的是阻性負載,有的是感性或容性負載,有的負載較穩定,有的負載波動(dòng)較大,有的甚至還會(huì )有空載、或滿(mǎn)載、或瞬間負載變大、或瞬間負載跌落的情況發(fā)生,這給確定電源模塊的功率等級造成一定的難度。

        一般情況下,負載電流的大小是決定功率的關(guān)鍵因素,為考慮到嵌入式系統設計的穩定性和抗意外能力,建議根據實(shí)際情況,最小預留20%的設計余量,既實(shí)際使用中最大功率不超過(guò)電源模塊額定功率的80%,在這個(gè)功率范圍內電源模塊各方面性能發(fā)揮都比較充分而且穩定可靠。如果余量太大,造成資源浪費,如果余量太小則不利于溫升和可靠性。

        對于波動(dòng)較大的負載,設計應當滿(mǎn)足峰值電流不超過(guò)電源模塊最大承受范圍的基本原則,再根據負載波動(dòng)的頻率,適當的加大設計余量的方法,盡量提高可靠性。

        四、隔離電壓越大越好?

         非也非也!

        隔離電壓,是隔離型DC/DC電源模塊的一個(gè)重要指標,一般分1000VDC、1500VDC、2000VDC、3000VDC、6000VDC等規格,是指在一定時(shí)間內(通常是1秒)電源模塊所能承受的、施加在輸入端和輸出端之間的最高電壓。隔離電壓等級越高,電源模塊內部的保護器件和設計工藝要求就越高,從根本上講,就是成本越高。那么怎樣選擇合適的隔離電壓呢?

        電源模塊的隔離電壓,需要根據應用場(chǎng)合來(lái)選擇。一般場(chǎng)合使用對電源模塊隔離電壓要求不是很高,但是更高的隔離電壓可以保證模塊電源具有更小的漏電流,更高的安全性和可靠性,并且EMC特性也更好一些,加之嵌入式系統核心器件集成度高,封裝小,相對比較脆弱,因此一般應用業(yè)界,普遍的隔離電壓水平為1500VDC或以上。但在一些特殊的行業(yè),比如醫療,戶(hù)外通信基站,高壓電力等,對電源模塊的隔離度要求則更高。

        在科技高速發(fā)展的當下,產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為常態(tài)化,嵌入式系統強大的處理能力,弱化了硬件設計,將大量的工作交給了軟件。標準化的硬件平臺,標準的接口,豐富的驅動(dòng),使產(chǎn)品快速成型推向市場(chǎng)成為可能。在越來(lái)越緊湊的項目周期下,越來(lái)越多的嵌入式系統設計工程師已經(jīng)強烈的認識到:正確合理地選用DC/DC電源模塊,不但可以省去電源設計、調試方面的麻煩,而且可以提高整體系統的可靠性和設計水平,更重要的是,縮短了整個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)周期。

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