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电源的温度降额选型注意事项

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摘要:选择一款电源可以有很多的参数依据,如电压范围、输出电压、功率、隔离电压、效率等,稍深入些还有精度、纹波、隔离电压、EMC、待机功耗等,比较少会关注电源的工作温度参数,可能会由这个细节的疏忽导致因小失大。
  


一、电源的工作温度范围和成本、可靠性问题

一般厂家的模块电源都有几个温度范围的产品可供选用:商品级、工业级、军用级等,在选择模块电源时,一定要考虑实际需要的工作温度范围,因为温度等级不同,材料和制造的工艺不同,价格就相差很大。同时,选择的温度范围不合适,可能带来电源启动不良、工作不稳定,甚至烧毁等风险,给产品带来很多不可控的风险因素。遵循够用且留有一定余量的原则,避免杀鸡用牛刀的过度设计,可根据负载功率和实际的环境温度进行降额设计。

二、常规的电源降额选型方法

可以有两种选择方法:一是根据使用功率和封装形式选择,如果在体积(封装形式)一定的条件下,实际使用功率已经接近额定功率,那么模块标称的温度范围就必须严格满足实际需要甚至略有裕量。

另一种是比较便捷有效的挑选方式:从温度范围出发,结合使用功率进行综合比较,可以帮助工程师快速找到比较合适的电源型号。

下面就让我们来看一下这种方法的具体内容。

首先我们需要保证温度范围不仅要满足工作实际需求,还要略有余量。参考不同的产品型号对于温度范围的要求是各不相同的,工程师在进行温度范围选择时,需要在最高温度、最低温度的上限以上进行考虑,以免出现温度升高或降低之后系统性能不稳定的情况。如,根据测试电源比较严苛的高温和低温启动方式来选择温度范围。参考图 1和图 2。
  


图 1 电源的高温启动测试曲线
  


图 2 电源的低温启动测试曲线

在满足第一个条件的情况下,如果工程师出于对成本的控制问题,而选择了较小温度范围的产品,那么就需要选择功率或封装更大一些的产品,这样可以让温升降低一些,能够从一定程度上缓解这一矛盾。

三、根据经验的降额选型

通常来说,机体降额比例会随着功率等级的不同而发生变化,一般情况下50W以上的额降值为3-10W/℃,工程师可以通过这一比例进行额降计算。如果所选择的是温度范围比较宽的产品,模块电源功率的利用情况也就充分,在封装方面可以选择小一些,但对成本的要求比较高;如果所选择的是一般温度范围产品,价格和成本就低一些,而功率裕量和封装形式必须要大一些。这两种情况都需要工程师在温度范围确定的情况下,进行折衷考虑。

四、参考厂家手册的降额曲线设计

一般,负责任的厂家,都会给出明确的功率VS温度降额曲线,因生产厂家掌握产品具体的内部结构、器件特性、工艺参数等关键数据 ,其给出的降额曲线比较有参考意义,直接按降额曲线设计省事省力。

如广州致远电子的E0505FS-1W,标出的降额曲线如下图所示,从图中可明确知道,工作的温度范围是-40~105℃,在高温85℃以上后,需要降功率使用,在105℃时,最大的允许输出功率为0.8W。
  


图 3 E_FS-1W 示意图
  


图 4 E0505FS-1W的温度降额曲线

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