电路系统的“心脏”测试—电源测试

电源作为电路系统的“心脏”,其重要性是显而易见的。

在选择电源模块时,除了要考虑输入电压范围、额定功率、隔离耐压、效率、纹波&噪声等性能特性外,还需针对其高低温性能和降额设计进行可靠性测试

电源可以说是电路系统的“心脏”,为各级电路提供“血液”,其重要性是显而易见的。那么如何有效的选择一款高性能高可靠性的电源模块呢?我们首先会关注电源模块的输入电压范围、额定功率、隔离耐压、效率、纹波&噪声等输入输出特性,判断是否满足自己的使用要求,甚至参照数据手册一一对照测试各项指标,判断是否和宣称的一致。但对于电源模块的可靠性来说,做完这些还是远远不够的,还有两个方面是需要深挖测试的,那就是高低温性能和降额设计。

高低温性能

一般在不同的使用领域,对电源模块的工作温度范围要求各异:高低温测试是用来确定产品在低温、高温两个极端气候环境条件下的适应性和一致性,检查设计余量是否足够。因为元器件的特性在低温、高温的条件下会发生一定的变化,性能参数具有温度漂移特性。所以往往很多电源模块在常温测试通过,一旦拿到高低温环境测试就发现工作不正常或者性能参数明显下降。同时通过长时间高温老化可以使元器件的缺陷、焊接和装配等生产过程中存在的隐患提前暴露出来。

电源模块常见的低温和高温不良的现象有:

1、工作振荡,输出电压纹波和噪声变大,频率发生改变,严重的甚至输出电压跳变,模块啸叫。

2、启动不良,如启动时输出电压升上波形有明显掉沟,输出电压不稳定,甚至模块完全启动失效。

3、带容性负载能力减弱,无法带最大容性负载启动。

4、启动时输出电压过冲幅度变大,超出规定范围。

5、重载或满载工作时输出电压明显降低。

6、高温老化损坏,模块没有输出。

所以,可靠性高的电源模块必须保证在高低温等极端条件下工作正常,满足性能参数要求。


降额设计

降额设计是将元器件进行降额使用,就是使电子元器件的工作应力适当低于其规定的额定值,降额使用的器件可延缓和减小其退化,提高了器件的可靠性,从而也提高了模块的可靠性。电子元器件的故障率对电压应力、电流应力和温度应力比较敏感,所以降额设计主要也是针对这三个方面。电子元器件的降额等级可以参考《国家军用标准——元器件降额准则GJB/Z35-93》,一般可分成三个降额等级:


1、Ⅰ级降额:I 级降额是最大的降额,适用于设备故障将会危及安全,导致任务失败和造成严重经济损失的情况。

2、Ⅱ级降额:工作应力减小对元器件可靠性增长有明显效益,适用于设备故障会使工作任务降级,或需支付不合理的维修费用。

3、Ⅲ级降额:Ⅲ级降额是最小的降额,相对来说元器件成本也较低。适用于设备故障对工作任务的完成只有小的影响,或可迅速、经济地加以修复。


反复短路测试

在各种输入和输出状态下将模块输出短路,模块应能实现保护或回缩,反复多次短路,故障排除后,模块应该能自动恢复正常运行。


测试方法:

1、空载到短路:在输入电压全范围内,将模块从空载到短路,模块应能正常实现输出限流或回缩,短路排除后,模块应能恢复正常工作。让模块反复从空载到短路不断的工作,短路时间为1s,放开时间为1s,持续时间为2小时。这以后,短路放开,判断模块是否能够正常工作。

2、满载到短路:在输入电压全范围内,将模块从满载到短路,模块应能正常实现输出限流或回缩,短路排除后,模块应能恢复正常工作。让模块从满载到短路然后保持短路状态2小时。然后短路放开,判断模块是否能够正常工作。

3、短路开机:将模块的输出先短路,再上市电,再模块的输入电压范围内上电,模块应能实现正常的限流或回缩,短路故障排除后,模块应能恢复正常工作,重复上述试验10次后,让短路放开,判断模块是否能够正常工作。


纹波与噪声测试


纹波和噪声是叠加在直流输出上的周期性和随机性交流成分,它性影响着输出精度,一般对纹波和噪声采用峰-峰值计量(mVp-p),采用最多的是平行线测试法。

如下图所示∶

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注:1C11uF的陶瓷电容。

2C2,定压系列产品数据技术手册推荐的电容值选择相应电容,宽压系列采用容值为10uF的电解电容耐压值高于模块输出电压即可。

3、两平行铜箔带之间的距离为2.5mm,示波器带宽20MHZ带宽。

由于电源输出端含有大量高频谐波,为了测量准确,将示波器的地线夹去掉,因为它会像天线一样吸收各种高频噪声、干扰测量结果。


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所以除了基本性能参数测试,全面的高低温测试,反复测试和纹波噪声测测试,保证足够的降额设计要求,并通过长时间的老化测试,才可以判断电源模块是否安全可靠。大多数电源模块,都是通过严格的降额设计和全面的高低温测试的,产品性能和可靠性有足够的保障。输入电压范围宽、效率高、温升低、稳定可靠的电源模块,广泛应用于工业控制,电力,通讯、医疗、仪表仪器和汽车电子等众多领域。

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