一摸电源模块的表面,热乎乎的,模块坏了?且慢,有一点发热,仅仅只是因为它正努力地工作着。但高温对电源模块的可靠性影响极其大!基于电源模块热设计的知识,这一次,我们扒一扒引起电源模块发热的原因
 
电源模块在电压转换过程中有能量损耗,产生热能导致模块发热,降低电源的转换效率,影响电源模块正常工作,并且可能会影响周围其他器件的性能,这种情况需要马上排查。但什么情况下会造成电源模块发热严重呢?具体原因如下所示:
 
一、使用的是线性电源
 
线性电源工作原理如下图 1,通过调节调整管 RW 改变输出电压的大小。由于调整管相当于一个电阻,电流经过电阻时会发热,导致效率不高。
 
图 1 线性电源原理图
 
为了防止电源模块发热严重,可采取以下措施:加大散热片、实行风冷、导热材料解决(导热硅脂、导热灌封胶)、改用开关电源
二、负载太小
 
电源轻载,即电源电路负载阻抗比较大,这时电源对负载的输出电流比较小。有些电源电路中不允许电源的轻载,否则会使电源电路输出的直流工作电压升高很多,造成对电源电路的损坏。一般电源模块有最小的负载限制,各厂家有所不同,普遍为 10%左右。
如果输出负载太轻,建议在输出端并联一个假负载电阻,如图 2 所示。该假负载电阻功率加上实际负载功率之和>10%负载。
 
图 2  负载太小,并联假负载
 
三、负载过流
 
电源过载,与电源轻载情况恰好相反,就是电源电路的负载电路存在短路,使电源电路输出很大的电流,且超出了电源所能承受的范围。
 
对于无过流保护的电源模块,输出需要稳压、过压及过流保护的最简单方法就是在输入端外接一带过流保护的线性稳压器,如图 3 所示。
 
图 3  负载过流,增加线性稳压器
 
四、环境温度过高或散热不良
 
使用模块电源前,务必考虑电源模块的温度等级和实际需要的工作温度范围。根据负载功率和实际的环境温度进行降额设计。
如 ZLG 致远电子的 P_FLS-1W,标出的降额曲线如下图 4 所示,从图中可明确知道,工作温度范围是 -40~105℃,在高温 85℃以上后,需降功率使用,在 105℃时,最大的允许输出功率为 0.8W。
 
图 4  P_FLS-1W 的温度降额曲线
 
致远电子基于近二十年的电源设计经验积累,自主研发设计自主电源 IC。以致远电子 P 系列全工况优选定压电源为例,在解决模块电源发热的问题上,从方案选择、元器件选择到 PCB 设计突破众多的技术瓶颈,图 5 是我司 P 系列电源模块在 25℃、湿度 40%~75%,输入标称电压和输出纯阻模式下测得的温度。
 
图 5  P 系列电源模块外壳温度
 
在灌封类电源模块中,灌封胶由于良好的导热性模块温度进一步降低。那怎么才能测试准确地测试内部元件的温升呢?请查阅《ZLG 是如何测试电源模块内部的温升的!》。电源模块在设计之初如何考虑电源的热设计(元器件选择、PCB 设计)《再扒一扒电源模块发热那点事儿》。