如何选择你所需的产品及确定murata电源的型号?
正确合理地选用DC/DC模块电源,可以省却电源设计、调试方面的麻烦,将主要精力集中在自己专业的领域,这样不仅可以提高产品的整体系统的安全和可靠性和研发进度,而且更重要的是缩短了整个产品的研发周期.怎样正确合理地选用DC/DC模块电源?下面介绍选择电源模块的基本方法,敬供广大系统设计工程师们参考.
1,第一步:根据应用场合的需要,确定你所用电源的类型.
Murata电源有许多类型的模块电源(详细请见“Murata 模块电源产品基本介绍”),它们的用途是不一样的.
在具体选择murata电源模块时,请你事先要仔细阅独“Murata 模块电源产品基本介绍”,以便你能全面地了解我们提供的各类产品的具体特点.
再根据你的具体需要,进行选择具体的型号.
比如:
A, 非隔离、单路输出电源模块(POL、负载点、Piont of Load).
它和IBA中间总线结构的电源模块配合,一般用于大型的分布式电源设计之中(比如:程控交换机等),作为给终端负载供电的电源模块.转换效率高, 功率密度大.
当然,也可以直接用于不需要隔离的场合.
B,BUS或IBA(Intermediate Bus Architecture)Bus Converters:总线或中间总线结构电源模块.
主要是用于分布式电源结构中,将一次电源(AC/DC)输出的直流电压转换成中间总线上的“总线电源”.所以要求该类模块电源转换效率非常高(95%以上),输出功率大,可达数百瓦.
它的后面可以根据需要,接入POL负载点,处理器及存储器专用电源模块.
一般用于大型的设备(比如:程控交换机、数据通讯设备、交通监控系统、安(消)防系统等等)
C,隔离型电源模块.
可以单独用于需要隔离的电源转换的设计之中.它们有单路、双极性(正负输出)、双路(非对称)、三路输出的电源模块.
多路输出电源模块(比如双极性、双路、三路输出)还可以满足电路板上多路同工作电压的电源设计需求,或是给多个模块提供相同电源的场合.
它们广泛用于需要隔离的:一些PLD输入/输出(I/O)逻辑电路、专用集成电路ASIC的理想电源.在DSL(即Digital Subscriberloop数字用户环路,宽带通讯)线卡中,它们也可做为DSP(数子信号处理器)和线性驱动电路的电源,及工控行业、仪器仪表、医疗电子设备、网络通讯设备、手持移动通讯、汽车电子、铁路、电力、远距离线路传输、通讯以及、车载、铁路、船载电子设备电源等电路中.
D,处理器电源模块.
主要是,它应用于低电压、大电流的32位和64位CPU处理器供电设计当中.
另外是否是POLA(负载点联盟)产品、Memory Support(存储器电源模块)等等.
2,第二步:确定你需要的技术参数及技术要求:
一般你在选用电源模块时,需要考虑以下方面的因素:
A,你的产品输出地的安全标准
比如中国、美国(北美)、欧盟等有关的安全标准.
B,输出电压.
电源模块的输出电压符合你的设计要求.
C,输出额定功率或电流.
电源模块的输出额定功率或电流,符合你的设计要求.
一般建议实际使用功率是模块电源额定功率的30~80%为宜(具体比例大小还与其他因素有关,比如热设计、散热处理、温度降额曲线,后面将会提到.),这个功率范围内模块电源各方面性能发挥都比较充分而且稳定可靠.负载太轻造成资源浪费,太重则对温升、可靠性等不利.
D,输入电压及范围.
电源模块的输出电流符合你的设计要求.因为输入的电压变化的范围,可能有许多种情况,所以:
有的需要:定压输入(±10%)电源模块------主要用于大功率开关电源作为稳定输入源的场合,即当作二次电源使用,还适用数字信号处理电路以及对电压稳定度要求不高的模拟电路,特别适用于分布式电源供电系统,及使用小功率电源供电的电路.比如工控行业、仪器仪表、医疗电子设备、LCD液晶显示.
有的需要:稳压输入(±5%)电源模块------主要用于传感器电路、运放电路、A/D、D/A等电路(比如:传感器及对电源要求较高的工控行业、仪器仪表.),金属屏蔽外壳产品特别适用于对噪声敏感的电路(如:信号测量电路和小信号放大电路等)以及对瞬态响应要求特别高的电路.
有的需要:宽电压输入(2∶1)电源模块------主要用于工控系统电源,网络通讯设备、手持移动通讯、汽车电子、铁路、电力、电源等电路中,特别适用于输入电压变化范围大而且输入输出必须隔离的电路.
有的需要:超宽电压输入(4∶1)电源模块-------主要适用于对输入电压变化较大、尤其对输入电压、工作环境要求较高的场合,如:远距离线路传输、通讯以及、车载、铁路、船载电子设备等等.
E,封装形式.
A, 外壳:灌装或开放式(open frame).
B, 管脚焊接安装:贴片安装(SMD)或穿孔焊接(Through Hole).
C, 外形尺寸:
砖型Brick(1/16、1/8、1/4、1/2砖)或非砖型(传统工业标准封装).
以及SIP、DIP等.
D, 是否需要带散热器.
电源模块的外形尺寸和输出形式差异很大.小功率产品采用密封外壳,外形十分纤小;大功率产品常采用1/4或1/8砖的形式,电路或暴露(开放式),或以外壳包裹.
在选择时,需要注意以下两个方面:
第一, 引脚是否在同一平面上;第二,是否便于焊接.
SMT形式的变换器必须要符合IEC191-6:1990标准的要求,该标准对SMT器件引脚的共面问题做出了严格限定.器件引脚不共面会造成器件装配时定位困难,严重影响焊接质量,提高次品率. SMT形式的变换器应能承受规定的焊接条件.对于绝大多数现代流水线而言,器件必须满足CEC00802标准所规定的回流焊要求,即器件表面温度可超过300℃.如果变换器不能满足这个要求,就需要为其设计专门的焊接装配工艺,这会增加装配时间,提高生产成本.
F,隔离/非隔离.
隔离电压.
是否需要电压隔离,隔离电压要求是多少?
绝大多数的电路都必须实现隔离,即将负载连同负载对本地电源的噪声与电网的其他负载和噪声隔开.只有隔离变换器能够达到这个要求.采用隔离变换器除了实现上述要求之外,还可以实现差分形式的输出,以及双极型输出.此外,将隔离型变换器的输出高压端与负载的电源地相连,就形成了负电源.由于电压参考点不是地,因此负载可以获得更高的电压.采用隔离型变换器的另一个好处是:可以将多个具有不同输出电压的变换器级联起来,构成一个电源.对于那些单个变换器的输出电压达不到工作电压要求的设备,这种特性非常有用.在一定时限内(通常是1秒)变换器所能承受的、施加在输入端和输出端之间的最高电压,称为变换器的隔离强度.而变换器的额定工作电压是指变换器能长时间承受的加在输入端的电压,这个电压低于隔离强度.在选择隔离型变换器时还需要考虑器件的泄漏电流指标,泄漏电流是指因输入回路和输出回路之间的耦合电容而产生的电流.只要给定隔离电容的值,并且确定噪声频率,就可以根据阻抗计算出泄漏电容的大小.泄漏电流随噪声电压的增加而增大,随隔离电容的减小而减小.因此,设计低噪声电源时,应该选择隔离强度高而隔离电容低的DC/DC变换器,以减小泄漏电流.
通常在医疗设备里需要很高的隔离电压,这样的话,漏电流就小,对身体的危害就小. 一般场合使用对模块电源隔离电压要求不是很高,但是更高的隔离电压可以保证模块电源具有更小的漏电流,更高的安全性和可靠性,并且EMC特性也更好一些,因此目前业界普遍的隔离电压水平为1500VDC以上.
Murata模块电源为广大客户提供许多的产品的隔离电压是不相同的,用户可根据实际的需要选用.
隔离电压超过3000Vdc以上的有NMJ(UL)、NMS(UL)、NMV、NKE、NTV、HB01U和隔离电压达8000Vdc的HB04U、PWR13XX等系列产品.
G,温度范围、降额使用、散热处理.
a,温度范围:
过高的温度,会影响到电源模块的性能和可靠性及产品的使用寿命,这是一个工程师们需要认真考虑的问题.热设计和热处理是非常必要的.
产生高温影响的主要原因是:一个是电源模块本身发热产生的温升,二是模块所出的环境温度过高,三是模块及所处的环境的散热处理不好.
因此在选择电源模块时,要先查清该产品的适用的环境温度范围.
Murata电源模块,我们一般提供的是工业级(-40 ℃ 到+85 ℃) ,模块的温度范围是比较大的.其它特别的需要,用户需与本公司具体联系.
b,降额使用:
除了考虑环境温度外,还要考虑电源模块本身的温度极限及其功耗等因素.设计工程师们还要仔细地查看该模块的温度降额曲线.
对于环境温度较高地方,必须要将模块降额使用,以便减小模块的功耗,从而减小渐升温度,保证外壳温度不超过极限值.
当环境温度较高时(例如50℃-60℃以上),有的电源必须要降低使用的输出功率,另外,有些电源在规定的输入电压范围的低端,不能满足所有的输出参数(例如:电压可调范围或功率),要降额使用----也就是选择额定输出功率较大的电源模块.降额比例随功率等级不同而不同,一般50W以上的为3-10W/℃.
c,散热处理:
电源模块的转换效率很难做到100%(murata某些型号的电源模块的效率可达96%),任何电源都有它自身的功耗,电源模块发热的温度高低,与它的转换效率有一定的关系,
在一定的外壳散热条件下,模块电源存在一定的温升(既壳温与环境温度的差异),电源模块外壳散热面积的大小,将直接影响到它的温升.
对于输出功率较大的电源模块(比如50W以上),须加相应的散热器,以便使模块的温升下降和得到有效的控制.散热器的表面积越大,散热效果越好,而且散热器的安装方向应有利于空气的自然对流.150W以上的电源模块,根据需要,在散热器上再加风扇,来进行冷风散热.
H,功耗和转换效率.
转换效率,是设计者需要考虑的一个问题.
电源模块的转换效率很难做到100%(murata某些型号的电源模块的效率可达96%),任何电源都有它自身的功耗,电源模块发热的温度高低,与它的转换效率有一定的关系.
η= Pout /Pin=Pout/( Pout +P耗)
根据公式 ,其中Pin、Pout、P耗分别为模块电源输入、输出功率和自身功率损耗.由此可以看出,输出功率一定条件下,模块损耗P耗越小,则效率越高,温升就低,寿命更长.除了满载正常损耗外,还有两个损耗值得注意:空载损耗和短路损耗(输出短路时模块电源损耗),因为这两个损耗越小,表明模块效率越高,特别是短路未能及时采取措施的情况下,可能持续较长时间,短路损耗越小则因此失效的机率也大大减小.当然损耗越小也更符合节能的要求.
Murata模块电源,一直在降低功耗和提供转换效率.在市场同类产品中,我们提供的是最好的产品之一.
Murata模块电源为广大客户提供许多的高效(转换效率大于80%)和超高效(转换效率大于90%)的产品.
I,客户的其它需要.
输入过压关闭,输入低压停止.
输出过压保护、过流限制、短路保护.
开/关控制.
遥控传感控制.
同步端.
热关闭.
负载/电流分配.
K,平均故障间隔时间
很多DPA系统都要求高度的可靠性,这就对平均故障间隔时间(MTTF)提出了要求.在这里要提醒读者,仅凭产品说明书上的数据是不能评价某个产品可靠性的优劣的. 造成这个问题的原因是,目前国际上尚未制定出公认的关于MTTF指标的定义和计算标准,各厂商普遍使用的是美国军用标准MIL-HDBK-217F中的“一般情况下的”可靠性预测方法,以及Bellcore标准TR-NWT-000332中的电信设备模型.不过,即便是声称遵照同一标准推算出来的MTTF指标,常常也不一致. 这种不一致的第一个来源,是计算公式中对元器件特性的处理方式不同(例如某些算式将焊接点的影响忽略不计,而焊接点故障是电路失效的最常见原因之一);来源之二是元器件的可靠性指标.举个例子,某些厂商采用MIL-HDBK-217F中的器件数据和故障率数据,另外一些厂商则采用其他渠道的数据;第三个来源是具体的计算方法差异(即便是MIL-HDBK,也给出了两种不同的预测工具).当然,在变换器投入使用之前,任何MTTF指标都毫无意义. 温度对可靠性有显著的影响,经验公式是:环境温度每升高10℃,器件寿命将缩短一半.如果主要的设备需要在40℃~50℃条件下运行,并且电源部件的温度高于环境温度20℃,那么,25℃条件下推算出来的MTTF指标就失去了意义. 实践证明,设计人员必须透过产品说明书的数据,深入地理解厂商推算MTTF的方法.必须去查询推算的详细步骤,知道原始数据的来源及其测量条件,对于那些无法提供详细资料的厂商,应该对其指标持保留态度.
C的模块的MTBF增大20%.而在较高的温度下,MTBF迅速下降.因此尽量降低模块的温度对提高其可靠性有很大好处 本公司提供的可靠性参数MTBF是根据MIL-HDBK217可靠性预测的标准计算出来的,在计算过程中考虑现代器件的发展状态,根据一些厂家提供的可靠性指标进行了一定的修正.这里温度是影响电源模块整体可靠性的重要因素.一般每降低10
有关统计数据表明,模块电源在预期有效时间内失效的主要原因是外部故障条件下损坏.而正常使用失效的机率是很低的.因此延长模块电源寿命、提高系统可靠性的重要一环是选择保护功能完善的产品,即在模块电源外部电路出现故障时模块电源能够自动进入保护状态而不至于永久失效,外部故障消失后应能自动恢复正常.模块电源的保护功能应至少包括输入过压、欠压、软启动保护;输出过压、过流、短路保护,大功率产品还应有过温保护等.
3,第三步:搜索具体型号.
当确定了你需要的电源模块类型、技术参数、技术要求之后.
输入各种参数,请用本公司的网站内部的搜索进行搜索.找出你所要的电源模块的具体型号.还可以查看所有技术资料.
如有任何的不明之处:敬请与我们联络.
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