【導讀】有效的DC-DC模塊電源設計能夠提升系統(tǒng)可靠性，簡化電路設計，本文就先來學習DC-DC模塊電源在工業(yè)領(lǐng)域中應用。模塊電源在分布式電源系統(tǒng)中應用廣泛，有效實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓保護、隔離降低噪聲功能。
DC-DC隔離模塊電源的四大作用如下：
1、模塊電源采用隔離式設計，可以有效的隔離來自一次側(cè)設備帶來的共模干擾對系統(tǒng)的影響，使負載能夠穩(wěn)定的工作。
2、不同的負載需要不同的供電電壓，例如控制IC需要5V、3.3V、1.8V等;信號采集用的運放則需要±15V;繼電器則需要12V，24V。而母線電壓多為24V，因此需要進行電壓轉(zhuǎn)換。
3、母線電壓在長距離傳輸過程中會存在線損，故到PCB板級時電壓較低，而負載需要穩(wěn)定的電壓，因此需要寬壓輸入，穩(wěn)壓輸出。
4、電源需要在異常情況下，保護系統(tǒng)的負載和本身不壞。
其次，我們再來學習一下電源系統(tǒng)應用設計的可靠性。電源本身的可靠性固然重要，但是實際上，由于電源系統(tǒng)工作環(huán)境的復雜性，再可靠的電源如果沒有可靠的系統(tǒng)應用設計，最終電源還是會失效。下面介紹幾種常見的電源系統(tǒng)應用設計的方法和注意事項。
1. 冗余設計技巧
在可靠性要求高的場合，要求電源模塊即使損壞，系統(tǒng)也不能斷電。此時，我們可以采取冗余供電的方式來提升系統(tǒng)的可靠性。如下圖所示，當一個電源模塊損壞時，另外一個模塊可以繼續(xù)供電。下圖為其中一種常見的冗余設計方案。
圖1
2. 降額設計
眾所周知，降額設計可以有效提高電源工作壽命，但是負載過輕使用，電源的性能又無法工作在最佳狀態(tài)。例如，金升陽DC_DC模塊電源建議在負載范圍30%~80%內(nèi)使用，此時各方面性能表現(xiàn)最佳。
3. 合理外圍防護設計
電源模塊應用行業(yè)非常多，應用的環(huán)境要求也不近相同，因為其通用性設計，DC-DC模塊電源僅能滿足通用共性需求。因此當客戶的應用環(huán)境要求苛刻時，需要加適當?shù)耐鈬娐穪硖嵘娫吹目煽啃浴?
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4. 散熱設計
工業(yè)級的電源模塊的損壞大約有15%是因為散熱不良導致的，電源模塊是朝著小型化和集成化方向發(fā)展，但是很多應用場合電源是處于密閉的環(huán)境中連續(xù)工作的，如果積熱無法散出去，電源內(nèi)部的器件可能因為超過熱應力而損壞。通常的散熱方式有自然風冷、散熱片散熱和加強制性散熱風扇等。熱設計的幾點經(jīng)驗分享如下：
(1) 電源模塊的對流通風
圖2
(2) 發(fā)熱器件的放置
如果系統(tǒng)中擁有多個發(fā)熱源例如多個電源模塊，相互之間應盡量遠離，避免相互之間熱輻射傳遞導致電源模塊過熱。
(3) 合理的PCB板設計
PCB板提供了一種散熱途徑，在設計時就要多考慮散熱途徑。例如加大主回路的銅皮面積，降低PCB板上元器件的密度等，改善模塊的散熱面積和散熱通道，例如電源模塊應盡量垂直放置如下圖，可以使熱量盡快向上散發(fā);如果將DC-DC模塊放在PCB的底部，則向上散發(fā)的熱量會被PCB阻擋，導致產(chǎn)品積熱無法散發(fā)出去。
(4) 更大封裝尺寸和散熱面積
同樣功率的電源，如果可能盡量選擇尺寸更大的封裝和散熱面更大的散熱器，或者使用導熱膠將電源模塊外殼與機殼連接。這樣電源模塊擁有更大的散熱面積，散熱會更快，內(nèi)部的溫度會更低，電源的可靠性自然也就越高。
5. 匹配性設計、安規(guī)設計
電源的輸入走線盡量保持直線，避免形成環(huán)路天線吸引外界輻射干擾。同時輸入線和輸出線需要按照UL60950的安規(guī)要求保持合適的間距，避免耐壓失效。再者，電源底板下禁止布線，特別是信號線，電源變壓器的電磁線會對信號形成干擾。另外一個點需注意的是，需要關(guān)注一次電源和二次電源之間，以及電源與系統(tǒng)工作頻率的倍頻錯開，避開相互之間的系統(tǒng)匹配性問題。
DC_DC電源模塊的可靠應用需要電源原廠提供高品質(zhì)電源，同時也需要設計工程師合理的應用設計，只有從設計和應用雙向考慮才能最終獲得可靠的電源系統(tǒng)。
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