电源是电子系统中非常重要甚至为最关键性的元件,对于高品质的电子产品更需要我们精心地去选择一款合适的电源及应用方案。在开发的初期合理地设计电源配电,布局,可以降低成本,避免干扰振荡,过热过流等恶劣现象,提高可靠性,节约开发时间。
1 .确定电源规格
首先,确定电源的规格,按照我们需求的指标进行筛选,确定使用标准模块还是需要定制。
基本要求 :
A :输入电压:
输入电源的类型和电压的精度直接决定了模块的类型;例:开关电源、线性稳压器、稳压二级管等输出较稳定,可以选择定压输入模块(变化一般小于± 5% ) ,24V 工业总线电源、 48V 通讯总线电源、 220V 变压整流输出以及各式电瓶、蓄电池、锂电池、干电池等输出电压在很宽范围内变化的场合可选择宽压输入模块( 2 : 1 或 4 : 1 )。输入电压的常用标称规格有: 3.3V 、 5V 、 12V 、 24V 、 48V 。
B :输出电压:
输出电压由负载的电路类型决定,数字电路,放大直流或低频信号的运放, RS232.RS485.CAN 总线等对电源精度要求不高,可选择非稳压输出,对于传感器,高精度的运放, A/D , D/A 等受电源精度和纹波蜜柑的器件可选用压或稳压模块,其不但纹波小,且有短路保护功能;在成本和效率兼顾的情况下,可以考虑非稳压模块和线性稳压器的结合使用;在负载有正负电压或多种电压供电时,要考虑正负输出或采用双路和多输出,这时尽量可能地减少输出路数,并将功率大和精度要求高的做为主边输出,确定副边的要求精度,使模块设计更可靠的满足要求。输出电压的常见规格有 3.3V,5V,9V,12V,15V.
C: 输出电流:
负载选定后,电流就基本确定,负载电流的大小是决定功率的关键,同时也影响到模块的价格。功率余量建议选择 20%~30% 。对于功率很小或空载,如给光耦、继电器供电,做电压基准使用时,建议加合适的假负载提高电源模块使用的可靠性,对于电流负载极不稳定,变化范围较大的情况,假负载的选择要兼顾在 10-** 范围内,避免轻载和过载。在高温情况下 DC/DC 应降额使用,可以选择在 30 — 40% 以上的功率余量,对于长期工作于 75 ° C 以上的场合,请向技术服务人员说明以选取合适高温环境的电源模块。总之,输出电流的选择是设计成功的关键,过大或过小的电流均会导致较低的可靠性及过高的成本。
D :隔离性质:
隔离特性,使模块的输入输出完全为两个独立的电源。在工业总线系统之中,面临恶劣环境(雷击、电弧干扰)时进行安全隔离,也起到**接地环路的作用;在混合电路中,实现敏感模拟电路和数字电路的噪声隔离;在多电压供电系统中实现电压的转换。
E :封装尺寸:
信号采集的干扰和其他电路部件性能的影响,所以要兼顾体积、成本,可靠性综合考虑。
总之,尽量采用标准模块规格,可以满足成本较低,技术成熟,减小开发阻力,节约开发时间的目的。对于高隔离,超宽电压范围,高温环境, EMC 认证等其他特殊要求则**咨询技术服务。
2. 系统配电设计
系统配电的设计往往要结合产品的特性和电路的需求多次优化,准确测量实际电路的工作参数和环境变化范围,有助于我们更为精确的选择合适的模块电源。
• 外界因素
• 温度
环境的温度会对电源模块及其外接元件造成一定的影响,考虑应用中电源模块可能处于高温、低温或是在高低温之间循环变化(如机舱、船舱等),就要求了界电源模块工作在相应的范围内的各个参数变化。商业级产品的温度范围要求为 0~70 ° C ,工业级产品为 -40~85 ° C ,车载设备一般为 -40~105 ° C ,野外作业设备一般需 -55~85 ° C ,军用领域一般选用 -55~125 ° C 。特别在高温时模块大幅度降额,设计时要考虑足够余量;同时外接电容不宜用铝电解电容,应选择钽电容或其他高低温特性较好的电容为宜。
• 浪涌
在有电弧、静电放电、不稳定交流电网、起动开关、雷击等干扰的环境,输入电压和电流可能会远远超过模块的承受范围,导致模块**性损坏和负载电路的瘫痪,这时要有天家适当的输入保护电路确保电源安全工作。
• 传输距离
无论是室内还是野外,电源的传输距离长短也是系统重要的考虑因素之一,室内短线温差小,干扰小,可以考虑采用非隔离,小功率型。野外远距离传输出了防雷隔离保护以外,还要精确计算传输线的损耗,并选择宽电压输入功率的足够的隔离电源模块去推动远程设备,以免启动功率不足造成启动不良。
• 工作环境
• 散热
所有功率转换产品都会有一定的损耗转变为本身的热能,使自身发热,并影响周围环境升温,引起数据干扰(热敏传感器件)和器件性能下降,甚至会引起短路起火,布局时一定要有充足气流空间,或增加散热面积来降低温升,保证安全。
B . 干扰
DC/DC 采用开关技术,会对周围期间以传导和辐射的方式产生电磁干扰和污染。合理接地, LC 滤波网络都可以降低电磁干扰,必要时采用金属封装进行屏蔽,达到电磁兼容的目的。
C. 布局
不合理的接地和电源布局往往会引起系统出现不稳定,高噪声和其他无法解释的恶劣现象
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