本文從電源規格和系統配電設計兩個方面介紹海凌科電源模塊如何選型,便于用戶更快速高效的挑選想要的產品。
01
確定電源的規格
首先確定電源的規格,按照需求的指標進行篩選,確定使用標準電源模塊還是需要定制電源。
第一步,選擇電源模塊的輸入電壓。
3.3V,5V,9V,12V,15V,24V 輸入電壓變化范圍為±10%,選擇 A、B、E、F、G、H 系列非穩壓輸出的產品。輸入電壓變化范圍為±5%,選擇 IA、IB、IE、IF 系列穩壓輸出的產品。
該系列產品供電一般為開關電源、線性穩壓器、穩壓二極管等輸出電壓較為穩定的電源。
第二步,選擇電源模塊的輸出電壓及功率。
電源模塊最好應用在標稱滿負荷的 30%-80%功率條件下,前提條件是在常溫情況,如果設計中考慮到高溫環境和低溫環境,還需要考慮到溫度降額要求。選擇合適的輸出功率是設計成功的關鍵因素之一,過大或過小的電流均會導致較低的可靠性和過高的成本。輸出電壓常見規格有3.3V,5V,9V,12V,15V,24V,±5V,±12V,±15V 等。
第三步,選擇輸出負載類型。
輸出電壓的類型是由輸出負載決定,如 485、CAN 通信總線 IC 對電源精度要求不高的場合,可選擇非穩壓輸出系列的模塊(如 A、B、E、F、G、H 系列);對于傳感器、高精度的運放、A/D、D/A 等芯片對電源精度和紋波噪聲較敏感的器件應選擇穩壓輸出系列的模塊(IA、IB、IE、IF 系列)。
第四步,選擇電源模塊的隔離性質。
隔離特性,使模塊的輸入與輸出完全為兩個獨立的(不共地)電源。在工業總線系統中,面臨惡劣環境(雷擊、電弧干擾)時進行安全隔離,也能起到消除接地環路的作用;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。
對于雙路輸出的產品,需確定輸出的兩路是否需要隔離,如果需要隔離,需要選用雙隔離雙輸出產品。
按照隔離強度,電源分為 1500VDC/2000VDC/3000VDC/3500VDC/4200VDC/6000VDC 隔離等。
第五步,選擇電源模塊的封裝尺寸。
目前常見的封裝分為 SIP、DIP、SMD、DFN、SOIC-16 五種,尺寸大小詳見各產品的技術手冊。選擇哪種類型主要由系統設計的實際空間尺寸、采用的生產工藝和現場使用環境來決定,如使用在汽車系統上,應選擇 DIP 或者 SMD 封裝的產品,其抗振動的性能更好。
注:1、B/F/H為單路輸出,A/E/G為±雙輸出;
2、帶I字母為穩壓輸出
02
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進行多次優化,準確評估實際電路的工作參數和環境參數,有助于我們更為精確地選擇合適的模塊電源。
第一步,外界因素
環境溫度會對電源模塊及其外接元件有一定的影響,電源模塊在應用時可能處于高溫、低溫或高低溫循環變化環境中(如:機艙、船艙等),我們應詳細了解在環境條件變化情況下電源模塊相應參數的變化,以便保證在實際環境中滿足其要求。
需要注意的是:電源模塊工作的環境溫度,不是指當時的氣溫,而是設備機殼內的空間溫度;由于存在許多發熱器件,通常機殼內溫度比周邊環境氣溫要高。
表 1-2 行業工作環境溫度分布
特別在高溫時模塊大幅度降額,設計時要考慮足夠余量,且外圍器件應選擇高低溫特性較好的電解電容為宜。因為在高溫下,電容的內壓增大,容易導致失效,請參照所使用電容的規格書正確使用。
在有電弧、靜電放電、不穩定交流電網、啟動開關、繼電器、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,導致模塊永久性損壞和負載電路的癱瘓,這時要適當添加保護電路,確保電源安全工作。
傳輸距離對系統供電電源也有影響,一般選型時注意以下幾點:
(1)室內線短、溫差小、干擾小,一般采用非隔離或小功率型的模塊;
(2)室外遠距離傳輸時,除了考慮防雷隔離保護以外,還要精確計算傳輸損耗,選擇寬電壓輸入且功率足夠的隔離電源模塊。
(3)若傳輸距離過長、損耗較大時,模塊的供電電源必須提供足夠的功率,才能保證模塊正常工作,考慮到模塊的啟動電流,一般建議供電電源提供的電流為模塊啟動電流的 1.3-1.6 倍。
(4)建議在模塊的輸入引腳旁并接一電容,以提高產品啟動性能。
第二步,工作環境
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。
由于開關電源是采用開關技術來實現的,其自身的開關振蕩電路及內部的磁性元件會對周圍的器件以傳導和輻射的方式產生電磁干擾和污染。電磁干擾(EMI)是指通過電磁輻射傳播和信號線、電源線傳導的電磁能量對環境所造成的污染。電磁干擾不能完全被消除,但可以采取一些方法使其降低到安全的等級。
第三步,模塊的布局
不合理的接地和電源布局往往會引起系統出現不穩定,高噪聲和其它惡劣現象。
在許多應用中,數字電路和模擬電路共用同一電源,在這類設計中其實是要對模擬電路和數字電路分開使用或完全隔離電源、接地回路,避免數字直流電平的變化和邏輯瞬態過程干擾到敏感的模擬電路。
在高速或動態模擬電路、數字電路中,負載通過較長的線路配電時,電源配線的分布電阻和等效電感變得明顯且極易因為負載電流的迅速變化引起噪聲干擾,這就需要對負載去耦,同時消除線路上的串聯阻抗和分布參數引起的諧振。
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