電源模塊是什么？
電源模塊被稱為電路中的能源供應(yīng)站。它通過對(duì)電壓的轉(zhuǎn)換，把所需要的電流轉(zhuǎn)換成用戶所需要的直流電或交流電。
通過電源模塊可以為相關(guān)系統(tǒng)中的儀表或控制設(shè)備提供穩(wěn)定的交、直流電源輸出。而穩(wěn)定的電流可以為電路帶來著隔離、保護(hù)、電壓變換、穩(wěn)壓、降噪等作用。
電源模塊的組成部分主要有電解電容、光電耦合器、印制電路板、半導(dǎo)體器件、開關(guān)變壓器、電位器、熔斷器等。模塊式的結(jié)構(gòu)帶來適配性高、可靠性高、功率高、易于維護(hù)及應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)。
由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多，因此模塊電源廣泛用于通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等領(lǐng)域。
電源模塊的失效
電源模塊的失效通常是因?yàn)閮?nèi)部和外部某種因素導(dǎo)致其內(nèi)部組成元器件降級(jí)發(fā)生的。
內(nèi)部因素主要是生產(chǎn)材料、板卡設(shè)計(jì)、組裝和包裝的設(shè)計(jì)不合規(guī)或應(yīng)用不合規(guī)導(dǎo)致。
外部因素主要有過電應(yīng)力、靜電放電與過載等。而最常見的外部因素是當(dāng)使用溫度較高時(shí)，電源模塊容易老化降級(jí)，從而引致失效并容易帶來嚴(yán)重的后果。
電源模塊常見失效模式主要有以下幾種：
| 失效模式 | 可能原因 |
| 開路 | 不同階段的電源模塊產(chǎn)品有不同原因： 新電源模塊開路失效常見原因之一是制造過程焊點(diǎn)缺陷，連接不牢； 使用過程開路失效的常見原因一般是振動(dòng)導(dǎo)致電連接失效，或者是因?yàn)閮?nèi)部組成的元器件降級(jí)發(fā)生的。 |
| 短路 | 電源模塊發(fā)生短路故障時(shí)會(huì)對(duì)內(nèi)部組成元器件造成損壞，從而損壞電源模塊。 瞬時(shí)電壓過高，元器件老化-絕緣介質(zhì)流失都有可能導(dǎo)致電源模塊短路。 |
| 輸出值不穩(wěn)定 | 輸出值不穩(wěn)定在一定程度暗示了電源模塊內(nèi)部某些元器件出現(xiàn)了老化降級(jí)或損壞，如電容、三極管等降級(jí)情況或者電壓調(diào)整器損壞。 |
| 輸出偏高 | 電源模塊輸出偏高的原因有內(nèi)部組成的電容器、二極管老化降級(jí)、一個(gè)或多個(gè)整流二極管開路、變壓器初級(jí)線圈匝間短路等。 |
| 輸出偏低 | 當(dāng)電源所帶負(fù)載超出自身的帶載能力，會(huì)出現(xiàn)電源輸出偏低現(xiàn)象。 元器件老化也會(huì)導(dǎo)致電源模塊輸出偏低，原因有穩(wěn)壓二極管老化，變壓器次級(jí)線圈匝間短路等。 |
| 紋波過高 | 當(dāng)電源模塊輸出超差，并伴有較高幅值工頻或倍頻紋波時(shí)，說明主濾波電容已老化失效。 當(dāng)電源模塊輸出超差，并伴有開關(guān)頻率的紋波時(shí)，說明濾波電容或穩(wěn)壓電路的元件出現(xiàn)老化失效。 |
以上任何原因都可能導(dǎo)致電源模塊整體失效，從而導(dǎo)致整個(gè)電路的不穩(wěn)定或失效，在生活或生產(chǎn)中造成重大損失。
對(duì)電源模塊進(jìn)行篩選，能夠剔除前期老化失效的電源模塊。因此，在交付使用前篩選出合格的電源模塊產(chǎn)品就顯得極為重要。
廣電計(jì)量的服務(wù)能力
一個(gè)合格的電源模塊，它的輸入、輸出電參數(shù)必定是在合格范圍內(nèi)的，因此對(duì)電源模塊的電參數(shù)測試是電源模塊篩選的重要部分。
為此，廣電計(jì)量引進(jìn)CHROMA 8000電源模塊測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確、全面地對(duì)各種型號(hào)規(guī)格的電源模塊進(jìn)行電參數(shù)測試。
廣電計(jì)量通常對(duì)電源模塊做以下常規(guī)電參數(shù)測試用來評(píng)估電源模塊的性能好壞：
輸出精度測試
測試條件：在規(guī)定的輸入條件下，分別測量空載和滿載情況的輸出電壓，評(píng)估電源模塊的輸出滿足負(fù)載電路的輸入要求。
紋波測試
測試條件：在規(guī)定的輸入條件下，測量滿載時(shí)的輸出紋波。
為測試紋波時(shí)電源模塊輸出的交流分量，在測量開關(guān)電源的紋波時(shí)，我們應(yīng)該將探頭放置在電源模塊輸出電容處，用盡可能小的環(huán)路來避免耦合的噪聲過大，導(dǎo)致實(shí)際測量的紋波過大。
同時(shí)，由于開關(guān)電源的紋波頻率與自身開關(guān)頻率基本一致，一般開關(guān)電源的開關(guān)頻率在幾百kHz，因此我們常用20MHz的帶寬條件下測量電源紋波。
效率測試
測試條件：在不同的輸入條件下，測量不同負(fù)載條件的電源效率η。
其計(jì)算公式為：η=輸出功率÷輸入功率
電源模塊的效率主要用來對(duì)比性能，評(píng)估系統(tǒng)的負(fù)荷，是否考慮散熱措施等等。
動(dòng)態(tài)響應(yīng)測試
電源模塊的動(dòng)態(tài)響應(yīng)反映出負(fù)載電流的變化對(duì)輸出電壓的影響。
測試條件：在規(guī)定的輸入條件下，調(diào)整負(fù)載電流從Io1階躍變化到Io2，測量不同負(fù)載條件下的輸出電壓值(Uo1,Uo2)，從而計(jì)算出倆負(fù)載條件下的負(fù)載調(diào)整率，并且測量出輸出電壓值從Uo1變化到Uo2的瞬態(tài)反應(yīng)時(shí)間。
過流保護(hù)測試(短路保護(hù))
測試條件：在規(guī)定的輸入條件下，增大輸出電流，直到檢測到電源輸出突然關(guān)斷，此時(shí)的輸出電流值，即為該電源模塊的輸出過流保護(hù)。
圖2 Chroma 8000 電源模塊測試系統(tǒng)
圖3 測試界面
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