如何選擇你所需的產品及確定murata電源的型號?
          


正確合理地選用DC/DC模塊電源,可以省卻電源設計、調試方面的麻煩,將主要精力集中在自己專業(yè)的領域,這樣不僅可以提高產品的整體系統(tǒng)的安全和可靠性和研發(fā)進度,而且更重要的是縮短了整個產品的研發(fā)周期.怎樣正確合理地選用DC/DC模塊電源?下面介紹選擇電源模塊的基本方法,敬供廣大系統(tǒng)設計工程師們參考.

1,第一步:根據應用場合的需要,確定你所用電源的類型.

Murata電源有許多類型的模塊電源(詳細請見“Murata 模塊電源產品基本介紹”),它們的用途是不一樣的.
在具體選擇murata電源模塊時,請你事先要仔細閱獨“Murata 模塊電源產品基本介紹”,以便你能全面地了解我們提供的各類產品的具體特點.
再根據你的具體需要,進行選擇具體的型號.

比如:
A, 非隔離、單路輸出電源模塊(POL、負載點、Piont of Load).

它和IBA中間總線結構的電源模塊配合,一般用于大型的分布式電源設計之中(比如:程控交換機等),作為給終端負載供電的電源模塊.轉換效率高, 功率密度大.
當然,也可以直接用于不需要隔離的場合.
B,BUS或IBA(Intermediate Bus Architecture)Bus Converters:總線或中間總線結構電源模塊.
主要是用于分布式電源結構中,將一次電源(AC/DC)輸出的直流電壓轉換成中間總線上的“總線電源”.所以要求該類模塊電源轉換效率非常高(95%以上),輸出功率大,可達數百瓦.
它的后面可以根據需要,接入POL負載點,處理器及存儲器專用電源模塊.
一般用于大型的設備(比如:程控交換機、數據通訊設備、交通監(jiān)控系統(tǒng)、安(消)防系統(tǒng)等等)

C,隔離型電源模塊.

可以單獨用于需要隔離的電源轉換的設計之中.它們有單路、雙極性(正負輸出)、雙路(非對稱)、三路輸出的電源模塊.

多路輸出電源模塊(比如雙極性、雙路、三路輸出)還可以滿足電路板上多路同工作電壓的電源設計需求,或是給多個模塊提供相同電源的場合.
它們廣泛用于需要隔離的:一些PLD輸入/輸出(I/O)邏輯電路、專用集成電路ASIC的理想電源.在DSL(即Digital Subscriberloop數字用戶環(huán)路,寬帶通訊)線卡中,它們也可做為DSP(數子信號處理器)和線性驅動電路的電源,及工控行業(yè)、儀器儀表、醫(yī)療電子設備、網絡通訊設備、手持移動通訊、汽車電子、鐵路、電力、遠距離線路傳輸、通訊以及、車載、鐵路、船載電子設備電源等電路中.

D,處理器電源模塊.

主要是,它應用于低電壓、大電流的32位和64位CPU處理器供電設計當中.
另外是否是POLA(負載點聯盟)產品、Memory Support(存儲器電源模塊)等等.

2,第二步:確定你需要的技術參數及技術要求:

一般你在選用電源模塊時,需要考慮以下方面的因素:

A,你的產品輸出地的安全標準
   比如中國、美國(北美)、歐盟等有關的安全標準.

B,輸出電壓.
  
電源模塊的輸出電壓符合你的設計要求.

C,輸出額定功率或電流.

電源模塊的輸出額定功率或電流,符合你的設計要求.
一般建議實際使用功率是模塊電源額定功率的30~80%為宜(具體比例大小還與其他因素有關,比如熱設計、散熱處理、溫度降額曲線,后面將會提到.),這個功率范圍內模塊電源各方面性能發(fā)揮都比較充分而且穩(wěn)定可靠.負載太輕造成資源浪費,太重則對溫升、可靠性等不利.

D,輸入電壓及范圍.
  
電源模塊的輸出電流符合你的設計要求.因為輸入的電壓變化的范圍,可能有許多種情況,所以:
有的需要:定壓輸入(±10%)電源模塊------主要用于大功率開關電源作為穩(wěn)定輸入源的場合,即當作二次電源使用,還適用數字信號處理電路以及對電壓穩(wěn)定度要求不高的模擬電路,特別適用于分布式電源供電系統(tǒng),及使用小功率電源供電的電路.比如工控行業(yè)、儀器儀表、醫(yī)療電子設備、LCD液晶顯示.
有的需要:穩(wěn)壓輸入(±5%)電源模塊------主要用于傳感器電路、運放電路、A/D、D/A等電路(比如:傳感器及對電源要求較高的工控行業(yè)、儀器儀表.),金屬屏蔽外殼產品特別適用于對噪聲敏感的電路(如:信號測量電路和小信號放大電路等)以及對瞬態(tài)響應要求特別高的電路.

有的需要:寬電壓輸入(2∶1)電源模塊------主要用于工控系統(tǒng)電源,網絡通訊設備、手持移動通訊、汽車電子、鐵路、電力、電源等電路中,特別適用于輸入電壓變化范圍大而且輸入輸出必須隔離的電路.

有的需要:超寬電壓輸入(4∶1)電源模塊-------主要適用于對輸入電壓變化較大、尤其對輸入電壓、工作環(huán)境要求較高的場合,如:遠距離線路傳輸、通訊以及、車載、鐵路、船載電子設備等等.


E,封裝形式.


A, 外殼:灌裝或開放式(open frame).

B, 管腳焊接安裝:貼片安裝(SMD)或穿孔焊接(Through Hole).

C, 外形尺寸:
磚型Brick(1/16、1/8、1/4、1/2磚)或非磚型(傳統(tǒng)工業(yè)標準封裝).
以及SIP、DIP等.
D, 是否需要帶散熱器.

電源模塊的外形尺寸和輸出形式差異很大.小功率產品采用密封外殼,外形十分纖小;大功率產品常采用1/4或1/8磚的形式,電路或暴露(開放式),或以外殼包裹.
在選擇時,需要注意以下兩個方面:
第一, 引腳是否在同一平面上;第二,是否便于焊接.  
SMT形式的變換器必須要符合IEC191-6:1990標準的要求,該標準對SMT器件引腳的共面問題做出了嚴格限定.器件引腳不共面會造成器件裝配時定位困難,嚴重影響焊接質量,提高次品率.   SMT形式的變換器應能承受規(guī)定的焊接條件.對于絕大多數現代流水線而言,器件必須滿足CEC00802標準所規(guī)定的回流焊要求,即器件表面溫度可超過300℃.如果變換器不能滿足這個要求,就需要為其設計專門的焊接裝配工藝,這會增加裝配時間,提高生產成本.


F,隔離/非隔離.
隔離電壓.
是否需要電壓隔離,隔離電壓要求是多少?

絕大多數的電路都必須實現隔離,即將負載連同負載對本地電源的噪聲與電網的其他負載和噪聲隔開.只有隔離變換器能夠達到這個要求.采用隔離變換器除了實現上述要求之外,還可以實現差分形式的輸出,以及雙極型輸出.此外,將隔離型變換器的輸出高壓端與負載的電源地相連,就形成了負電源.由于電壓參考點不是地,因此負載可以獲得更高的電壓.采用隔離型變換器的另一個好處是:可以將多個具有不同輸出電壓的變換器級聯起來,構成一個電源.對于那些單個變換器的輸出電壓達不到工作電壓要求的設備,這種特性非常有用.在一定時限內(通常是1秒)變換器所能承受的、施加在輸入端和輸出端之間的最高電壓,稱為變換器的隔離強度.而變換器的額定工作電壓是指變換器能長時間承受的加在輸入端的電壓,這個電壓低于隔離強度.在選擇隔離型變換器時還需要考慮器件的泄漏電流指標,泄漏電流是指因輸入回路和輸出回路之間的耦合電容而產生的電流.只要給定隔離電容的值,并且確定噪聲頻率,就可以根據阻抗計算出泄漏電容的大小.泄漏電流隨噪聲電壓的增加而增大,隨隔離電容的減小而減小.因此,設計低噪聲電源時,應該選擇隔離強度高而隔離電容低的DC/DC變換器,以減小泄漏電流.

通常在醫(yī)療設備里需要很高的隔離電壓,這樣的話,漏電流就小,對身體的危害就小.  一般場合使用對模塊電源隔離電壓要求不是很高,但是更高的隔離電壓可以保證模塊電源具有更小的漏電流,更高的安全性和可靠性,并且EMC特性也更好一些,因此目前業(yè)界普遍的隔離電壓水平為1500VDC以上.

Murata模塊電源為廣大客戶提供許多的產品的隔離電壓是不相同的,用戶可根據實際的需要選用.
隔離電壓超過3000Vdc以上的有NMJ(UL)、NMS(UL)、NMV、NKE、NTV、HB01U和隔離電壓達8000Vdc的HB04U、PWR13XX等系列產品.

G,溫度范圍、降額使用、散熱處理.

a,溫度范圍:
過高的溫度,會影響到電源模塊的性能和可靠性及產品的使用壽命,這是一個工程師們需要認真考慮的問題.熱設計和熱處理是非常必要的.

產生高溫影響的主要原因是:一個是電源模塊本身發(fā)熱產生的溫升,二是模塊所出的環(huán)境溫度過高,三是模塊及所處的環(huán)境的散熱處理不好.

因此在選擇電源模塊時,要先查清該產品的適用的環(huán)境溫度范圍.
Murata電源模塊,我們一般提供的是工業(yè)級(-40 ℃ 到+85 ℃) ,模塊的溫度范圍是比較大的.其它特別的需要,用戶需與本公司具體聯系.

b,降額使用:
除了考慮環(huán)境溫度外,還要考慮電源模塊本身的溫度極限及其功耗等因素.設計工程師們還要仔細地查看該模塊的溫度降額曲線.
對于環(huán)境溫度較高地方,必須要將模塊降額使用,以便減小模塊的功耗,從而減小漸升溫度,保證外殼溫度不超過極限值.

當環(huán)境溫度較高時(例如50℃-60℃以上),有的電源必須要降低使用的輸出功率,另外,有些電源在規(guī)定的輸入電壓范圍的低端,不能滿足所有的輸出參數(例如:電壓可調范圍或功率),要降額使用----也就是選擇額定輸出功率較大的電源模塊.降額比例隨功率等級不同而不同,一般50W以上的為3-10W/℃.

c,散熱處理:
電源模塊的轉換效率很難做到100%(murata某些型號的電源模塊的效率可達96%),任何電源都有它自身的功耗,電源模塊發(fā)熱的溫度高低,與它的轉換效率有一定的關系,

在一定的外殼散熱條件下,模塊電源存在一定的溫升(既殼溫與環(huán)境溫度的差異),電源模塊外殼散熱面積的大小,將直接影響到它的溫升.

對于輸出功率較大的電源模塊(比如50W以上),須加相應的散熱器,以便使模塊的溫升下降和得到有效的控制.散熱器的表面積越大,散熱效果越好,而且散熱器的安裝方向應有利于空氣的自然對流.150W以上的電源模塊,根據需要,在散熱器上再加風扇,來進行冷風散熱.

H,功耗和轉換效率.
  
轉換效率,是設計者需要考慮的一個問題.
電源模塊的轉換效率很難做到100%(murata某些型號的電源模塊的效率可達96%),任何電源都有它自身的功耗,電源模塊發(fā)熱的溫度高低,與它的轉換效率有一定的關系.

η= Pout /Pin=Pout/( Pout +P耗)

根據公式  ,其中Pin、Pout、P耗分別為模塊電源輸入、輸出功率和自身功率損耗.由此可以看出,輸出功率一定條件下,模塊損耗P耗越小,則效率越高,溫升就低,壽命更長.除了滿載正常損耗外,還有兩個損耗值得注意:空載損耗和短路損耗(輸出短路時模塊電源損耗),因為這兩個損耗越小,表明模塊效率越高,特別是短路未能及時采取措施的情況下,可能持續(xù)較長時間,短路損耗越小則因此失效的機率也大大減小.當然損耗越小也更符合節(jié)能的要求.
    Murata模塊電源,一直在降低功耗和提供轉換效率.在市場同類產品中,我們提供的是最好的產品之一.
Murata模塊電源為廣大客戶提供許多的高效(轉換效率大于80%)和超高效(轉換效率大于90%)的產品.
  
I,客戶的其它需要.

   輸入過壓關閉,輸入低壓停止.
輸出過壓保護、過流限制、短路保護.
開/關控制.
遙控傳感控制.
同步端.
熱關閉.
負載/電流分配.

K,平均故障間隔時間

很多DPA系統(tǒng)都要求高度的可靠性,這就對平均故障間隔時間(MTTF)提出了要求.在這里要提醒讀者,僅憑產品說明書上的數據是不能評價某個產品可靠性的優(yōu)劣的.   造成這個問題的原因是,目前國際上尚未制定出公認的關于MTTF指標的定義和計算標準,各廠商普遍使用的是美國軍用標準MIL-HDBK-217F中的“一般情況下的”可靠性預測方法,以及Bellcore標準TR-NWT-000332中的電信設備模型.不過,即便是聲稱遵照同一標準推算出來的MTTF指標,常常也不一致.   這種不一致的第一個來源,是計算公式中對元器件特性的處理方式不同(例如某些算式將焊接點的影響忽略不計,而焊接點故障是電路失效的最常見原因之一);來源之二是元器件的可靠性指標.舉個例子,某些廠商采用MIL-HDBK-217F中的器件數據和故障率數據,另外一些廠商則采用其他渠道的數據;第三個來源是具體的計算方法差異(即便是MIL-HDBK,也給出了兩種不同的預測工具).當然,在變換器投入使用之前,任何MTTF指標都毫無意義.   溫度對可靠性有顯著的影響,經驗公式是:環(huán)境溫度每升高10℃,器件壽命將縮短一半.如果主要的設備需要在40℃~50℃條件下運行,并且電源部件的溫度高于環(huán)境溫度20℃,那么,25℃條件下推算出來的MTTF指標就失去了意義.   實踐證明,設計人員必須透過產品說明書的數據,深入地理解廠商推算MTTF的方法.必須去查詢推算的詳細步驟,知道原始數據的來源及其測量條件,對于那些無法提供詳細資料的廠商,應該對其指標持保留態(tài)度.

C的模塊的MTBF增大20%.而在較高的溫度下,MTBF迅速下降.因此盡量降低模塊的溫度對提高其可靠性有很大好處?  本公司提供的可靠性參數MTBF是根據MIL-HDBK217可靠性預測的標準計算出來的,在計算過程中考慮現代器件的發(fā)展狀態(tài),根據一些廠家提供的可靠性指標進行了一定的修正.這里溫度是影響電源模塊整體可靠性的重要因素.一般每降低10

有關統(tǒng)計數據表明,模塊電源在預期有效時間內失效的主要原因是外部故障條件下損壞.而正常使用失效的機率是很低的.因此延長模塊電源壽命、提高系統(tǒng)可靠性的重要一環(huán)是選擇保護功能完善的產品,即在模塊電源外部電路出現故障時模塊電源能夠自動進入保護狀態(tài)而不至于永久失效,外部故障消失后應能自動恢復正常.模塊電源的保護功能應至少包括輸入過壓、欠壓、軟啟動保護;輸出過壓、過流、短路保護,大功率產品還應有過溫保護等.

3,第三步:搜索具體型號.

      當確定了你需要的電源模塊類型、技術參數、技術要求之后.
輸入各種參數,請用本公司的網站內部的搜索進行搜索.找出你所要的電源模塊的具體型號.還可以查看所有技術資料.


   如有任何的不明之處:敬請與我們聯絡.

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