電源是電子系統中非常重要甚至為最關鍵性的元件,對于高品質的電子產品更需要我們精心地去選擇一款合適的電源及應用方案。在開發的初期合理地設計電源配電,布局,可以降低成本,避免干擾振蕩,過熱過流等惡劣現象,提高可靠性,節約開發時間。
1 .確定電源規格
首先,確定電源的規格,按照我們需求的指標進行篩選,確定使用標準模塊還是需要定制。
基本要求 :
A :輸入電壓:
輸入電源的類型和電壓的精度直接決定了模塊的類型;例:開關電源、線性穩壓器、穩壓二級管等輸出較穩定,可以選擇定壓輸入模塊(變化一般小于± 5% ) ,24V 工業總線電源、 48V 通訊總線電源、 220V 變壓整流輸出以及各式電瓶、蓄電池、鋰電池、干電池等輸出電壓在很寬范圍內變化的場合可選擇寬壓輸入模塊( 2 : 1 或 4 : 1 )。輸入電壓的常用標稱規格有: 3.3V 、 5V 、 12V 、 24V 、 48V 。
B :輸出電壓:
輸出電壓由負載的電路類型決定,數字電路,放大直流或低頻信號的運放, RS232.RS485.CAN 總線等對電源精度要求不高,可選擇非穩壓輸出,對于傳感器,高精度的運放, A/D , D/A 等受電源精度和紋波蜜柑的器件可選用壓或穩壓模塊,其不但紋波小,且有短路保護功能;在成本和效率兼顧的情況下,可以考慮非穩壓模塊和線性穩壓器的結合使用;在負載有正負電壓或多種電壓供電時,要考慮正負輸出或采用雙路和多輸出,這時盡量可能地減少輸出路數,并將功率大和精度要求高的做為主邊輸出,確定副邊的要求精度,使模塊設計更可靠的滿足要求。輸出電壓的常見規格有 3.3V,5V,9V,12V,15V.
C: 輸出電流:
負載選定后,電流就基本確定,負載電流的大小是決定功率的關鍵,同時也影響到模塊的價格。功率余量建議選擇 20%~30% 。對于功率很小或空載,如給光耦、繼電器供電,做電壓基準使用時,建議加合適的假負載提高電源模塊使用的可靠性,對于電流負載極不穩定,變化范圍較大的情況,假負載的選擇要兼顧在 10-** 范圍內,避免輕載和過載。在高溫情況下 DC/DC 應降額使用,可以選擇在 30 — 40% 以上的功率余量,對于長期工作于 75 ° C 以上的場合,請向技術服務人員說明以選取合適高溫環境的電源模塊。總之,輸出電流的選擇是設計成功的關鍵,過大或過小的電流均會導致較低的可靠性及過高的成本。
D :隔離性質:
隔離特性,使模塊的輸入輸出完全為兩個獨立的電源。在工業總線系統之中,面臨惡劣環境(雷擊、電弧干擾)時進行安全隔離,也起到**接地環路的作用;在混合電路中,實現敏感模擬電路和數字電路的噪聲隔離;在多電壓供電系統中實現電壓的轉換。
E :封裝尺寸:
信號采集的干擾和其他電路部件性能的影響,所以要兼顧體積、成本,可靠性綜合考慮。
總之,盡量采用標準模塊規格,可以滿足成本較低,技術成熟,減小開發阻力,節約開發時間的目的。對于高隔離,超寬電壓范圍,高溫環境, EMC 認證等其他特殊要求則**咨詢技術服務。
2. 系統配電設計
系統配電的設計往往要結合產品的特性和電路的需求多次優化,準確測量實際電路的工作參數和環境變化范圍,有助于我們更為精確的選擇合適的模塊電源。
• 外界因素
• 溫度
環境的溫度會對電源模塊及其外接元件造成一定的影響,考慮應用中電源模塊可能處于高溫、低溫或是在高低溫之間循環變化(如機艙、船艙等),就要求了界電源模塊工作在相應的范圍內的各個參數變化。商業級產品的溫度范圍要求為 0~70 ° C ,工業級產品為 -40~85 ° C ,車載設備一般為 -40~105 ° C ,野外作業設備一般需 -55~85 ° C ,軍用領域一般選用 -55~125 ° C 。特別在高溫時模塊大幅度降額,設計時要考慮足夠余量;同時外接電容不宜用鋁電解電容,應選擇鉭電容或其他高低溫特性較好的電容為宜。
• 浪涌
在有電弧、靜電放電、不穩定交流電網、起動開關、雷擊等干擾的環境,輸入電壓和電流可能會遠遠超過模塊的承受范圍,導致模塊**性損壞和負載電路的癱瘓,這時要有天家適當的輸入保護電路確保電源安全工作。
• 傳輸距離
無論是室內還是野外,電源的傳輸距離長短也是系統重要的考慮因素之一,室內短線溫差小,干擾小,可以考慮采用非隔離,小功率型。野外遠距離傳輸出了防雷隔離保護以外,還要精確計算傳輸線的損耗,并選擇寬電壓輸入功率的足夠的隔離電源模塊去推動遠程設備,以免啟動功率不足造成啟動不良。
• 工作環境
• 散熱
所有功率轉換產品都會有一定的損耗轉變為本身的熱能,使自身發熱,并影響周圍環境升溫,引起數據干擾(熱敏傳感器件)和器件性能下降,甚至會引起短路起火,布局時一定要有充足氣流空間,或增加散熱面積來降低溫升,保證安全。
B . 干擾
DC/DC 采用開關技術,會對周圍期間以傳導和輻射的方式產生電磁干擾和污染。合理接地, LC 濾波網絡都可以降低電磁干擾,必要時采用金屬封裝進行屏蔽,達到電磁兼容的目的。
C. 布局
不合理的接地和電源布局往往會引起系統出現不穩定,高噪聲和其他無法解釋的惡劣現象
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