直流电源系统在自然环境中的DC-DC模块应用设计可靠性分析

相信每个人都会或多或少接触过各种各样的电子产品,那么你知道这些电子产品都需要各种各样的电源模块吗?那么应该如何设计高可靠性的电源呢?电源本身的可靠性固然重要,但是实际上,由于电源系统工作环境的复杂性,再可靠的电源如果没有可靠的系统应用设计,最终电源还是会失效。下面介绍几种常见的电源系统应用设计的方法和注意事项。

虽然乍一看,电子产品可能不如微处理器或DSP那样迷人,但它们是电子系统不可或缺的一部分,因为任何故障都会导致系统停止运行。其糟糕性能会影响给定产品的质量。因此,系统设计人员非常关注直接供电故障和性能不佳。换句话说,任何系统中电源的可靠性都至关重要。

冗余设计技巧

在可靠性要求高的情况下,要求电源模块即使损坏,系统也不能断電。此时,我们可以采取冗余供電方式来提升系統の可靠性。在图3中展示了一种常见冗余设计方案。当一个電力模組损坏时,另一個模块可以继续供電。

要选择或构建一个高级别所需了解影响產品稳定的因素与压力。本文将探讨稳定性的含义以及稳定度与失败率之间关键差异,如CUI题为“DC-DC转换器提供商如何提高设备稳定度”的文章所述¹它还将讨论像CUI这样的制造商如何通过提高稳定度来提高设备质量、元件选择和生产过程。

降额设计

众所周知降额操作可以有效提高功率供应工作寿命,但负载过轻使用时功率供应无法达到最佳状态进行工作。例如金升阳DC_DC转换器建议在负载范围30%~80%内使用,此时所有方面表现最佳。

故障率归类于三个关键阶段:婴儿死亡率、使用寿命和磨损(由CUI提供)。虽然预测特定转换器将在期望规格内运行多少小时或者到何时失败是有争议的,但CUI建议使用概率技术确定供应预期寿命或失败时间²

合理外围防护設計

由于市场需求广泛且环境要求不同,因此通用型号仅能满足通用共性需求。当客户对应用环境要求严苛时,还需要添加适当外围保护以提升功率供应安全性能。

从根本上讲组件选择对于整体安全性能至关重要,因此必须选用具有良好安全记录、高耐久性的组件,以显著降低风险。在金升阳20W DC-DC铁路功耗URB24XXLD-20WR2作为例子说明,即使单个模块只能通过EN50155 1.4倍输入Vin测试,也因为体积限制无法通过RIA12标准测试。但是在添加合适外围保护后(例如金升阳EMC辅助器FC-AX3D),就能够满足更严格RIA12标准中的3.5Vin/20mS等测试要求,从而增强了功耗单位本身对恶劣条件下的抵抗能力并提升了整体功能之所以被认为是一个成功案例³

散热設計

工业级大约有15%损坏原因来自散热不足导致的问题。大多数应用场合,在连续长时间运行的情况下,如果内部温度无法正常散发出来,将可能因为超过热应力而造成损害。而通常来说散热方法包括自然风冷、散热片及强制风扇加热等。如果内部温度控制得当,可以避免这种情况发生。

除了坚固基础设想和合理元件选配之外,更好的组装与制造过程也是确保高水平输出品质必不可少的一环。这涉及到老化试验、安装细节及其它相关考量⁴总结起来,没有一种步骤保证了无误输出,这里涉及的是综合考虑许多不同的因素⁵

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