电源模块的理解

2025-04-03 17:03:21

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电源模块凭借其模块化的设计，让用户能够最大程度的缩减产品的设计开发周期，其用法简单，但大家真的会用电源模块吗?若电源模块使用不当，产生的破坏力将是十分巨大的，我们应该如何防范呢?这里将为您一一揭晓。

电源模块的使用故障主要分为两大类：参数异常和使用异常。笔者上一篇文章已经为大家介绍了电源参数异常问题原因以及相应的解决方案，本次将分析较为常见的电源模块使用异常故障问题。较于参数异常问题，这一类问题的破坏力更大，稍有差池可能会造成极大的经济损失，本文将根据影响程度从小到大为大家分析不同的异常产生原因，希望这篇文章中的技术干货对各位工程师的电源模块应用电路设计有所帮助，不幸遇到的话，也能快速的排查故障，进行优化。

一、电源模块启动困难

首先是破坏力较小的情况——电源模块在启动中出现启动困难，甚至启动不了。大家在使用电源模块过程中可能会出现电源模块输出端电压正常，输出端就是没有任何输出，电源模块也无损坏，是什么原因呢?具体原因如下所示：

• 外接电容过大;

• 容性负载过大;

• 负载电流过大;

• 输入电源功率不够。

针对这一类问题，可以通过调整输出端的电容以及负载或调整输入端的功率进行改善，具体如下所示：

• 外接电容过大，在电源模块启动时向其充电较长时间，难以启动，需要选择合适的容性负载;

• 容性负载过大时需可先串联一个合适的电感;

• 输出负载过重是会造成启动时间延长，选择合适负载;

• 换用功率更大的输入电源。

模块发热严重

较启动困难而言，更为严重的使用异常情况是电源模块在使用的时候发热很严重。出现这种现象的根本原因是由于电源模块在电压转换过程中有能量损耗，产生热能导致模块发热，降低电源的转换效率。这会影响电源模块正常工作，并且可能会影响周围其他器件的性能，这种情况需要马上排查。那么什么情况下会造成电源模块发热较严重呢?具体原因如下所示：网页链接

从最小的物联网（IoT）家庭自动化传感器到最大的工业机器，每个电路都需要电力。电源设计需要下一番功夫，而且电源电路会占用电路板空间。但在许多应用中，最终用户意识不到更好的电源会带来什么好处。设计工作可以说是完全不受重视。电源模块是一种经过测试的完整电源，兼具低噪声、高效率和紧凑布局等优势，因此在这些情况下，可使用电源模块来省去设计工作。电源模块是置于印刷电路板（PCB）上某个封装内的独立元件，其中包含整个开关电源（含电感）。脉宽调制（PWM）控制器、MOSFET驱动器、功率MOSFET、反馈网络和磁性元件都包含在同一个封装内。电源模块封装技术的进步带来了令人振奋的优势，通过将无源元件集成到开关稳压器中，针对电源转换问题有效打造出系统级封装解决方案，从而简化并加快新产品的设计。这样，设计人员便可专注于设计的其他方面，从而缩短上市时间并改进其产品的其他特性。

图1：电源模块封装技术的进步简化并加快了新产品设计

电源中的主要设计挑战是稳定性、瞬态响应、效率、EMI和布局。采用分立实现的板载电源解决方案时，需要针对每个电源测试这些特性，就算是将设计重新用于新电路板的新布局时也要如此。即使是在谨慎模拟或以前经过原型设计的电路中，实际布局也可能引入稳定性问题、电磁辐射、意外的瞬态行为或出人意料的效率结果。这可能会给项目增加不必要的设计反复，并可能推迟整个产品的发布。电源模块的主要优势之一便是消除这些风险。考虑到性能，电源布局主要在电源模块内。电感、控制器和功率晶体管全部封装在一起，采用固定、经过测试和验证的内部连接。效率、瞬态性能、稳定性和EMI均在数据手册中列出。线路和负载瞬态响应；使能和禁止瞬态响应；甚至启动到短路或故障条件的波形都可以在文档中找到。这可提供已知的良好性能，并以最少的工作量和最低的风险完成设计。就实现板载直流/直流转换而言，没有任何方法比电源模块更简单。网页链接

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