干貨整理 | 如何解決電源常見應(yīng)用問題--DC/DC微功率輸出篇
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2020-09-01
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開關(guān)電源以高集成度、高可靠性、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)等多重優(yōu)勢(shì)，受到許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的青睞，但其容易上手，操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)也會(huì)在使用中出現(xiàn)一些問題，例如：輸出電壓偏低/飄高、模塊損壞、EMC無法滿足等，針對(duì)這些可能發(fā)生的電源應(yīng)用問題，該如何排查并解決相應(yīng)故障。本文將主要針對(duì)DC/DC電源應(yīng)用入手分析幾種常見的電源輸出故障。
輸出電壓偏低/飄高
在日常使用中，由于外圍器件選用不合適、元件損壞、誤操作等，都有可能導(dǎo)致模塊在通電后出現(xiàn)輸出電壓偏低/飄高的問題，會(huì)讓后級(jí)電路無法正常工作。那么通常是由哪些原因造成的呢？
● 可能原因：輸入電壓偏低/偏高?？蓪?shí)際測(cè)量輸入端端子電壓，并將輸入電壓調(diào)準(zhǔn)確。
●偏低：輸出外接濾波電容過大。排查方案：用電橋?qū)崪y(cè)輸出容性大小。輸出外接電容應(yīng)小于技術(shù)手冊(cè)規(guī)定的最大值。
●偏低：輸入端防反接保護(hù)二極管壓降過大。排查方案：確認(rèn)二極管陽(yáng)極輸入端電壓?？刹捎脡航递^小的二極管。
●偏低：輸出電路存在過流現(xiàn)象。排查方案：在模塊輸出端串聯(lián)一個(gè)電流表，檢測(cè)輸出電流大小；或者檢測(cè)模塊輸入端電流大小，根據(jù)效率進(jìn)行換算得出輸出電流大小?？筛挠梦宜据敵龉β矢蟮漠a(chǎn)品。
●飄高：輸出端負(fù)載過輕，輕于10%額定負(fù)載。排查方案：檢測(cè)輸出電流大小，確認(rèn)實(shí)際帶載情況，需確保模塊工作時(shí)輸出端至少有10%額定負(fù)載，若實(shí)際電路存在小于10%額定負(fù)載情況，可在輸出端并聯(lián)一個(gè)額定功率10%左右的假負(fù)載。
電源模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的開爾文測(cè)試法，如圖1所示，測(cè)試條件：室溫Ta=25℃，濕度＜75%。
圖1 開爾文測(cè)試法
模塊輸出不穩(wěn)壓
電源模塊包括輸出穩(wěn)壓與非穩(wěn)壓2種類型。但在產(chǎn)品應(yīng)用中，使用了輸出穩(wěn)壓型的電源卻還是出現(xiàn)輸出不穩(wěn)壓的情況，主要原因有以下幾種
●在測(cè)試過程中，誤操作將輸入/輸出端反接，導(dǎo)致輸出端電壓跟隨輸入端電壓變化而變化。建議按照技術(shù)手冊(cè)引腳定義進(jìn)行接線測(cè)試。
●模塊后端存在反灌電壓，導(dǎo)致模塊內(nèi)部穩(wěn)壓器擊穿短路。排查方案：更換模塊，重新測(cè)試并對(duì)輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)。建議在模塊后端外接二極管或者TVS管，對(duì)反灌電壓進(jìn)行抑制。
●可能原因：輸入端過壓。排查方案：檢測(cè)輸入電壓，判斷是否有電壓尖峰或超出最大輸入電壓要求。建議按技術(shù)規(guī)格書要求電壓范圍供電。
輸出噪聲大/紋波一片模糊
紋波和噪聲是衡量電源模塊優(yōu)劣的一大關(guān)鍵指標(biāo)，在應(yīng)用電路中，模塊周邊元器件的設(shè)計(jì)布局等也會(huì)影響輸出噪聲，哪些因素對(duì)輸出紋波和噪聲有較大影響呢？
●電源模塊與主電路噪聲敏感元件（如A/D、D/A、或MCU等）距離過近。排查方案：用近場(chǎng)探頭檢測(cè)噪聲源。建議將電源模塊遠(yuǎn)離主電路噪聲敏感元件或進(jìn)行隔離。
●多路系統(tǒng)中各單路輸出的電源模塊之前產(chǎn)生差頻干擾。排查方案：使用銅箔包裹一路后接地，檢測(cè)另一路輸出端紋波噪聲是否有明顯變化。建議使用多路輸出的電源模塊替代多個(gè)單路輸出模塊。
●主電路噪聲敏感元件的電源輸入端未接去耦電容。排查方案：測(cè)量模塊輸出端電容容值。建議在主電路噪聲敏感元件的電源輸入端接0.1uF去耦電容。
紋波和噪聲是疊加在直流輸出上的周期性和隨機(jī)性交流成分，它也影響著輸出精度，一般對(duì)紋波和噪聲采用峰-峰值計(jì)量（mVp-p）
第一步，先將示波器帶寬設(shè)置為20MHz，可以有效防止高頻噪聲；
第二步，采用平行線測(cè)試法、雙絞線法或靠測(cè)法。
圖2 平行線測(cè)試法
注意：(1)C1：高頻陶瓷電容C1容值為1uF，C2根據(jù)技術(shù)手冊(cè)推薦的電容值選擇相應(yīng)電容；
(2)兩平行線銅箔帶之間的距離為2.5mm，兩平行銅箔帶的電壓降之和應(yīng)小于輸
出電壓值的2%。
圖3 紋波噪聲測(cè)試波形
電源模塊故障問題種類繁多，本文針對(duì)以上幾種常見的DC/DC輸出故障問題，簡(jiǎn)單闡述，更多疑問歡迎評(píng)論區(qū)交流~
