[专业名词·硬件] 2、DC\DC、LDO电源稳压基本常识（包含基本原理、高效率模块设计、常见问题、基于nRF51822电源管理模块分析等）·长文

 

 

综述^先看这里

　　第一节的1.1简单介绍了DC/DC是什么；

　　第二节是关于DC/DC的常见的疑问答疑，非常实用；

　　第三节是针对nRF51822这款芯片电源管理部分的DC/DC、LDO、1.8的详细分析，对于研究51822的人很有帮助；

　　第四节是对DC/DC的系统性介绍，非常全面；

　　第五节讲稳压电路的，没太多东西，可以跳过；

　　第六节讲LDO的，包含LDO和DC/DC的选型建议、LDO电容的选择等，很好；

　　第七八两节从专业角度给出提高电源效率的建议（目前还用不到）。

 

一、DC/DC转换器是什么意思

learn from{ http://www.elecfans.com/baike/bandaoti/bandaotiqijian/20100323203767.html}

1.1、DC/DC概述

　　DC重所周知是直流的意思，DC/DC转换器就是指直流电之间的转换设备，在移动电话、笔计本电脑、摄影机等产品中，需将低压直流电压变成高压直流电压，于是这些场合就需要用到DC/DC转换器。

　　目前，自偏置同步整流已经普遍用于5V以下的低压小功率输出。自偏置同步整流用法简单易行，选择好MOSFET即告成功，此处不多述。 而对于12V以上至20V左右的同步整流则多采用控制驱动IC，这样可以收到较好的效果。ST公司的STSR2和STSR3可以很好地用于反激变换电路及正激变换电路。我们给出其参考电路。线性技术公司的LTC3900和LTC3901则是去年才推出的更优秀的同步整流控制IC.采用IC驱动的同步整流电路中，应该说最好的还是业界于2002年才正式使用的ZVS,ZCS同步整流电路，它将DC/DC转换器的效率带上了95%这一历史性台阶。

 

1.2、总结趋势

　　半导体技术进步是DC/DC技术变化的强大动力。

（1） MOSFET的技术进步给DC/DC模块技术带来的巨大变化，同步整流技术的巨大进步。

（2） Schottky技术的进步。

（3） 控制及驱动IC的进步

a. 高压直接起动

b. 高压电平位移驱动取代变压器驱动

c. ZVS，ZCS驱动器贡献给同步整流最佳效果。

d. 光耦反馈直接接口。

　　　　PWM IC经历了：电压型=>电流型=>电压型的转换，又经历了硬开关=>软开关=>硬开关的否定之否定变化。掌握优秀控制IC是制作优秀DC/DC的前提和关键。

（4） 微控制器及DSP进入DC/DC是技术发展的必由之路。

（5） 磁芯技术的突破是下一代DC/DC技术进步的关键，也是巨大难题。

 

 

二、DC/DC转换效率问题

learn from{ http://www.zybang.com/question/52015763cf0c393139f4c7be93a89310.html}

 

2.1、存在的疑问及解答

　　经常可以看见转换效率达到98%以上高效电源转换,我理解是PWM控制器能耗很小,因此转换效率高.实际上大部分开关电源除了使用PWM控制器外,还使用电感或变压器,该类器件存在一定内阻,当通过大电流时,能耗也不低,例如当使用50m内阻的电感/变压器时,若通过电流为10A,则功耗达到5W,对于5V输出的电源转换来说,转换效率最高只能达到90%;再如几乎所有的Linear电源转换PWM控制器的Datasheet中均有一幅转换效率图,图中一般给出90%的高转换效率,因此存在以下几个疑问请各位高手解答(以下均指DC/DC): 

 

1 如何理解电源转换效率，一些基本电路（Buck,Boost,半桥，全桥）的效率一般可以做到多少？ 

>>1，转换效率当然是输出和入的比值，一般的都在80以上，有个别贵芯片有90以上，峰值有些能有95或再高些，但仅仅是特定输入和输出条件下才有的峰值效率而已。至于你上面提的，如果有电源线圈需要过10安电流，那设计再蠢也不会让线圈有50豪欧电阻的，一般控制在10豪欧以内。

 

2 开关电源转换中是否必须使用电感或变压器 

>>2一定要有储能器件，不是电感就是电容

 

3 线性电源的转换效率是否高于开关电源 

>>3线性的极少情况效率高于开关的

 

4 开关电源中除电感/变压器外,有无其它发热器件,如何避免 

>>4很多器件都发热，如何避免就深奥了，太多东西了

 

5 在使用电感或变压器后,如何真正做到98%以上的高转换效率,即电感/变压器的内阻是否能做的很小,又不影响使用 

>>5，对，但98是峰值，只是个数值而已

 

6 在电源转换中,电感/变压器的内阻是否越小越好

>>6，最好用超导

 

7 非隔离电源的功率最大可做到多少（主要是针对我做大功率电源5KW，想知道是不是一定要使用隔离的）

>>7，和功率没关系，主要还是电压比和效率的问题

 

8 我们看到的一些变压器隔离型电路中，降压电路就是在逆变后加一个隔离变压器同时输出降低电压，然后再整流得到直流，那请问是不是可以增加副边线圈匝数就可以做升压电路？

>>8理论是，但需要调整一些参数。

 

 

三、nRF51822上的DC\DC和LDO

3.1、其内部有DC-DC,LDO,通过控制在电路设计中采用不同的连接能实现来实现不同的选择

参见：nRF51_Reference_manual v1.0.pdf，36页，11章POWER MANAGEMENT

 

 

 

3.2、其电源管理概述及3种不同设计的电路原理图

参见：nRF51822 PS v1.3 CN 20130903.pdf，17页，3.3节电源管理（POWER）

 

 

 

参见：nRF51822 PS v1.3 CN 20130903.pdf，56页，三种不同电路图的设计

 

 

 

 

四、深入与纵观DC\DC

come from{http://baike.baidu.com/link?url=_3cJA3z58-nHbAyAWRWl93t0NI5F1If6_Ua-4NP4PjgZzSyYW49L7Yo2l_hUDgzYI040ITE0ma2CcvZERD7ho_}

4.1、概览DC\DC转换器·概述

　　DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。根据需求可采用三类控制。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。目前DC-DC转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。在电路类型分类上属于斩波电路。

 

中文名	DC-DC转换器
分    类	升压型、降压型以及升降压型
别    称	开关电源或开关调整器
构    成	二极管，三极管，电容器等

 4.2、概览DC\DC转换器·工作原理

 　　DC（Direct Current）表示的是直流电源，诸如干电池或车载电池之类。家庭用的220V电源是交流电源（AC）。若通过一个转换器能将一个直流电压（3.0V）转换成其他的直流电压（1.5V或5.0V），我们称这个转换器为DC-DC转换器，或称之为开关电源或开关调整器。

　　A: DC-DC转换器一般由控制芯片，电感线圈，二极管，三极管，电容器构成。在讨论DC-DC转换器的性能时，如果单针对控制芯片，是不能判断其优劣的。其外围电路的元器件特性，和基板的布线方式等，能改变电源电路的性能，因此，应进行综合判断。

　　 B: 调制方式

　　　　1: PFM（脉冲频率调制方式）：开关脉冲宽度一定，通过改变脉冲输出的时间，使输出电压达到稳定。

　　　　2: PWM（脉冲宽度调制方式）：开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定。

　

4.3、概览DC\DC转换器·设计技巧

4.3.1、DC-DC电路设计至少要考虑以下条件：

1.外部输入电源电压的范围，输出电流的大小。

2.DC-DC输出的电压，电流，系统的功率最大值。

 

4.3.2、基于以上两点选择PWM IC要考虑：

1.PWM IC的最大输入电压。

2.PWM开关的频率，这一点的选择关系到系统的效率。对储能电感，电容的大小的选择也有一定影响。

3.MOS管的所能够承受的最大额定电流及其额定功率，如果DC-DC IC内部自带MOS，只需要考虑IC输出的额定电流。

4.MOS的开关电压Vgs大小及最大承受电压。

 

4.3.3、电感(L1)、二极管(CR1)、电容(C2)的选择：

1.:电感量：大小选择主要由开关频率决定，大小会影响电源纹波;额定电流，电感的内阻选择由系统功耗决定。

2.二极管：通常都用肖特基二极管。选择时要考滤反向电压，前向电流，一般情况反向电压为输入电源电压的二倍，前向电流为输出电流的两倍。

3.电容：电容的选择基于开关的频率，系统纹波的要求及输出电压的要求。容量和电容内部的等效电阻决定纹波大小(当然和电感也有关)。

 

4.3.4、接地环路：

　　DC-DC转换器为整个系统中的各个电路供电。尽管每个电路在测试台上可能表现很好，但系统整体性能却往往达不到各个电路的性能效果。为什么? 有许多潜在因素，而系统中各个电路的整体接地系统是首要原因。设计师需要非常清楚每个电路如何接地，系统中是否存在接地环路。

　　当两个电路和/或系统之间存在一个以上对地连接时就构成了接地环路。重复接地通道相当于形成一个接收接口信号的环形天线 (电流通过接地电阻转换成电压)。接收接地环路感应电压的后果是，随着感应电压的叠加造成系统对地基准电压不稳。这些感应噪声电压会成为整个系统响应的一部分!

　　此外，接地环路形成一条共用线，导致接地电流经一个以上通道回到系统对地端接地极原点。例如，多台计算机的电源通过公共办公布线配置中的接地彼此连接在一起，但也可以通过数据通信布线连接。因此，计算机彼此之间往往通过一条以上接地通道连接。多台计算机之间存在多条接地通道时，其形成的配置称为“接地环路”。每当出现接地环路时，接地基准点会接收叠加信号，形成系统干扰和噪声。

　　当系统中的某些组件由不同的地线，而不是系统中其他组件供电，或系统中两个电路之间对地电位不一样时，测量、通信或视频系统会产生接地环路。通常，对地连接的电位差会造成电流流动。这样会调制电路输入，正常输入中出现其他信号。图1所示例子中，两个接地仪器通过信号线接地，以及主地线互连。这种情况下，线路中1A电流会在两个仪器接地点之间形成 0.1V电压差。

 

 

　　由于仪器之间存在电压差，互连导线中的信号会将这种压差加入信号中，造成导线出现电压“交流声”。这是音频信号中听到60 Hz噪声 (或视频信号出现水平干扰) 的一个原因。另一个问题是信号线缆地线中流动的电流。这种电流也会传入线缆和设备。设计师总是注意接地端的接地，却往往未优化设计，从而消除本底噪声的灵敏度。因此，正确设计系统内部接地线路时，确保接地环路电流不会造成系统产生问题是最基本的要求。

　　另一个例子，接地环路是多个音频-可视系统组件连接在一起时的常见问题。音频系统常见的噪声往往是接地环路问题造成的。此外，可闻“交流声”也是典型的接地环路问题 (当然，这取决于所在国家使用的AC电源电压频率)。当然，接地环路问题最常见的例子是，系统使用与插座连接的仪器，而另一台仪器连接房间中其他位置不同的接地插座。

　　理想情况下，一个房间中的每个系统应连接到同一个接地端，信号/天线网络最终也连接到同一接地点。这是理想的，因为系统和每个仪器的接地是由同一接地基准点对点连接 (中央地线星状连接模式)。这种情况下，必须考虑某些设备 (和系统) 还采用屏蔽线链接。电流从一台设备经地线流入另一台设备，然后通过屏蔽线返回第一台设备。这个环路也会拾取附近磁场和射频发射器 (如手机) 的干扰。结果，听到被放大的不需要的信号。顺便指出，接地环路在以下情况下不会产生问题：1) 环路中的导线不传送电流，2) 环路未暴露在外部变化的磁场下，3) 附近没有射频干扰。如果地线中有电流流动，当存在一定电位差时会产生噪声干扰。此外，很小的电压差也会在信号中加入噪声。这种情况会造成音频交流声、视频干扰图像和计算机网络传输误差。

　　良好的模拟系统设计、模拟系统测试测量需要认真设计系统接地通道，避免出现接地环路。

 

 

五、深入与纵观稳压电路

come from{http://baike.baidu.com/view/854428.htm} 

5.1、概述

　　在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。这种电路能提供稳定的直流电源，广为各种电子设备所采用。^{Voltage Stabilizing Circuit}

 

5.2、基本结构

　　调整元件、基准电压电路、取样电路、比较放大电路

 

5.3、稳压电源分类

　　稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着头脑，不知道从哪里入手。其实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系，只要理清了这个层次自然可以分清楚电源的种类了。

 

5.4、直流稳压器基本原理

　　图为典型的直流稳压器的框图。交流输入电压e1由变压器Tp变成电压e2,经整流、滤波：

　　

　　后向调整电路（稳压电路）输送一个不稳定的脉动的直流电压  。因  或稳压电路输出电流  的变动而引起输出电压  变化时,调整电路使  保持原值或者只有极小的变动。调整电路中的调整管工作在线性放大区的称为线性电源，工作在非线性区的则称为开关电源。线性电源分为简单稳压电路、并联稳压电路、串联稳压电路和集成化稳压电路。

 

 

六、深入与纵观LDO

6.1、概述

　　LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件的。针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。

　　LDO 是一种线性稳压器，使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右；与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。

　　更新的发展使用 MOS 功率晶体管，它能够提供最低的压降电压。使用 功率MOS，通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON 电阻造成的。如果负载较小，这种方式产生的压降只有几十毫伏。

　　DC-DC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DC-DC转换器，包括LDO。但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫DC-DC。

　　LDO是低压降的意思，这有一段说明：低压降（LDO）线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30μV，PSRR为60dB，静态电流6μA（TI的TPS78001达到Iq=0.5uA），电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。 LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET，而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的，不需要电流，所以大大降低了器件本身消耗的电流；另一方面，采用PNP晶体管的电路中，为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力， 输入和输出之间的电压降不可以太低；而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。

　　如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用LDO稳压器，可达到很高的效率。所以，在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用LDO稳压器。虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用，LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的DCDC了，因为从上面的原理可以知道，LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。DC-DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随着集成度的提高，许多新型DC-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。

　　近几年来，随著半导体技术的发展，表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低，体积越来越小。由于出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率，因而不需要外部的大功率FET。例如对于3V的输入电压，利用芯片上的NFET可以得到5V/2A的输出。其次，对于中小功率的应用，可以使用成本低小型封装。另外，如果开关频率提高到1MHz，还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能，如软启动、限流、PFM或者PWM方式选择等。

　　总的来说，升压是一定要选DCDC的，降压，是选择DCDC还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。

 

6.2、四大要素

　　压差Dropout、噪音Noise、电源抑制比（PSRR）、静态电流Iq，这是LDO的四大关键数据。产品设计师按产品负载对电性能的要求结合四大要素来选择LDO。在手机上用的LDO要求尽可能小的噪音（纹波），在没有RF的便携式产品需求静态电流小的LDO。

 

6.3、工作条件

　　Vin >= Vdrop + Vout。

　　且一般需要两个外接电容：Cin、Cout，一般采用钽电容或MLCC。

　　注意：LDO是稳压器。

 

6.4、应用

　　LDO的应用非常简单，很多LDO仅需在输入端及输出端各接一颗电容即可稳定工作。在LDO的应用中需要考虑压差、静态电流、PSRR等重要参数。在以电池作为电源的系统中，应当选择压差尽量低的LDO，这样可以使电池更长时间为系统供电，比如NCP600，NCP629等等。

　　静态电流Iq是Iquiescent的缩写，指芯片自身所消耗的电流。在一些低功耗应用中，应当尽量选择Iq小的LDO。一些工程师在设计低功耗系统时，仅考虑MCU本身消耗的电流，而忽略电源芯片上所消耗的电流，使整个系统的待机功耗不能达标，曾经见过有的工程师在低功耗系统中选用78L05为MCU提供电源，查阅数据手册可以得知78L05静态电流为1mA，不适合低功耗应用，应该选择NCP583等等。

　　在射频、音频、ADC转换等应用系统中，PSRR（电源纹波抑制比）是一个很重要的参数，其体现了LDO的抗噪能力，PSRR值越高LDO输出纹波越低。

 

电压输出级别	应用领域
1.25V	ARM9，FPGA、DSP等
1.8V	SDRAM，DDR RAM等
2.5V	MCU，DDR RAM等
3.0V	MCU，Nor Flash，Nand Flash，其他各种接口器件等

 

特性	应用方向
超低纹波，高精度	数据采集
低压差	电池供电
低静态电流	低功耗场合，如手持仪表
电压监控	嵌入系统电源管理
复位控制	工业控制
多通道输出	需要多路供电的嵌入式系统

 

 

七、如何解决电源管理芯片效率不高的问题？

come from{http://www.elecfans.com/dianyuan/400659.html} 

[导读] DC-DC控制IC在各电子产品中应用广泛，为了统一物料，工程师往往会用自己熟悉且能输出较大电流的DC-DC芯片，不管负载大小均用一个型号一统江湖。由此可能在小负载电流时，效率不尽如人意，该怎么解决？

7.1、从效率方面考虑LDO和DC-DC转换器的选择

　　LDO：输入电压和输出电压差别不大，而且电流较小时，可以选择LDO芯片；由LDO的功率损耗由公式可以看出，当输入输出的压差较大，或者输出电流较大时，那么损失的功耗就很高，发热比较严重，在很多设计上不能使用，但是如果是低压差，小电流时LDO就很适合，而且价钱也相对低廉。

　　DC-DC转换器：输入、输出电压差值较大且输出大电流时，就一定要选择DC-DC芯片。DC-DC的功率损耗与芯片内部工艺设计相关，在不同的使用情况时效率也不同，如果选用的合理，效率可以达到90%以上，功率损耗可以做到很低，适应于各种场合，可以满足设计者的需求。

 

7.2、常规降压DC-DC的选择

　　老方案：前些年，大部分使用的DC-DC芯片由于工艺问题，效率都偏低；如，36V输入5V/3A输出的应用，大部分工程师使用的都是尾缀为2576的产品，典型效率曲线如图1所示：效率曲线从图1上可以看出，在5V输出时，输出电流无论是200mA还是3A时，效率均在80%以下，已难以满足越来越苛刻的能耗要求。而且由于功率损耗很大，因此封装大部分为TO-220或者DDPARK，体积很大，会占用很大面积的PCB。

　　新方案：以MPS为代表的新工艺DC-DC型号MP4423，输入电压40V，在5V输出时，效率可以达到90%以上，可满足绝大多数场合的应用。

 

7.3、模块式DC-DC的选择

　　除用芯片自己搭DC-DC方案外，如果受限于体积或项目进度时间，另一类模块式的DC-DC是比较合适的选择，如ZLG推出的ZY78xxS系列，引脚跟传统的7805兼容，体积小巧，效率普遍都在90%以上，可大大降低设计的复杂度。

 

 

八、不可忽视的电源模块的应用设计和品质！ 

come from{http://www.elecfans.com/dianyuan/398449_a.html} 

[导读] DC-DC模块电源越来越多地应用于通信、工业自动化、电力控制、轨道交通、矿业、军工等行业。模块化的设计可以有效简化客户的电路设计，提升系统的可靠性和维护效率。那么，如何提升基于DC-DC模块的电源系统的可靠性？本文就这个主题作简要分析与探讨。

8.1、为什么需要DC-DC模块电源？

　　DC-DC隔离模块电源主要应用于分布式电源系统中，用以对电源系统实现隔离降低噪声、电压转换、稳压和保护功能。使用DC-DC隔离模块电源的作用如下：

　　第一，模块电源采用隔离式设计，可以有效隔离来自一次侧设备带来的共模干扰对系统的影响，使负载能够稳定工作。

　　 第二，不同的负载需要不同的供电电压，例如控制IC需要5V、3.3V、1.8V等；信号采集用的运放则需要±15V；继电器则需要12V、24V；而母线电压多为24V，因此需要进行电压转换。

　　 第三，母线电压在长距离传输过程中会存在线损，故到PCB板级时电压较低，而负载需要稳定的电压，因此需要宽压输入，稳压输出。

　　 第四，电源需要在异常情况下，保护系统的负载和本身不坏。

 

8.2、如何选择高可靠性的DC-DC模块电源

8.2.1、采用成熟的电源拓扑：

　　电源模块的设计尽量选用成熟的电源拓扑。例如1W～2W的定压输入DC-DC电源模块选择Royer电路，而宽压输入系列则多选Flyback拓扑，部分选Forward拓扑。

8.2.2、全负载范围内高效率：

　　高效率意味着更低的功率损失和更低的温升，可以有效提高可靠性。在实际应用中，电源都会选择一定程度的降额设计，特别是在负载IC的功耗越来越低的今天，电源大部分时候都有可能在轻载情况下工作。因此，全负载范围内高效率对于电源系统可靠性来说是非常关键的参数，但往往被电源厂商忽略。大部分厂商为了技术手册上的参数吸引客户，往往将满载效率做到较高，但在5%～50%的负载情况下效率较低。

　　以金升阳的15W DC-DC模块电源VRB2412LD-15WR2为例，VRB2412LD-15WR2在额定电压24V输入时轻载10%的效率比主流同行水平高出15%，如图1和图2所示：

8.2.3、极限温度特性：

　　电源模块应用的地理区域非常宽广，可能有热带的酷暑，也有类似俄罗斯冬天的严寒。因此要求DC-DC模块的工作温度范围最低要求为-40℃～85℃，也有做到更好的，例如金升阳的定压R2代1W～2W工作温度可做到-40℃～105℃。如果在汽车BMS、高压母线监测应用，则需要工作温度为 -40℃～125℃，金升阳的CF0505XT-1WR2工作温度可做到125℃。

　　极限温度试验是最能检验电源模块可靠性的方法，例如高温老化、高温&低温带电工作性能测试、高低温循环冲击试验和长时间高温高湿测试等。正规的电源开发都会经过以上测试。因此，是否有此类测试设备也成为了判断电源厂商是否为山寨厂商的依据。

8.2.4、高隔离、低隔离电容：

　　医疗产品要求极低的漏电流，电力电子产品需要原边和次级之间尽量少寄生电容。这两个行业有一个共性的需求，即要求尽量高的隔离耐压和尽量低的隔离电容，用以降低共模干扰对系统的影响。如果在医疗或电力电子领域应用，1W～2W DC-DC建议选取隔离电容低于10pF的电源模块，宽压产品则尽量选取低于150pF的电源模块。

8.2.5、EMC特性：

　　EMC性能是电子系统正常、安全工作的保证，目前电子行业对产品的EMC性能都提出了很高的要求，客户经常抱怨因EMC处理不好导致系统的复位重启甚至是早期失效，因此优良的EMC特性是电源模块核心竞争力。

8.2.6、电源系统应用设计的可靠性：

　　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。

8.2.6.1、冗余设计技巧：

　　在可靠性要求高的场合，要求电源模块即使损坏，系统也不能断电。此时，可以采取冗余供电的方式来提升系统的可靠性。图3为其中一种常见的冗余设计方案。当一个电源模块损坏时，另外一个模块可以继续供电。

　　图中D1、D2建议使用低压降的肖特基二极管，以避免二极管的压降影响后端系统的工作，另外，二极管的耐压值要高于输出电压。这种方法会产生额外的纹波噪声，需外接电容来减小纹波或是加滤波电路。

8.2.6.2、降额设计:

　　众所周知，降额设计可以有效提高电源工作寿命，但是负载过轻使用，电源的性能又无法工作在最佳状态。例如，金升阳DC-DC模块电源建议在负载范围30%～80%内使用，此时各方面性能表现最佳。

8.2.6.3、合理外围防护设计:

　　电源模块应用行业非常多，应用的环境要求也不近相同，因为其通用性设计，DCDC模块电源仅能满足通用共性需求。因此当客户的应用环境要求苛刻时，需要加适当的外围电路来提升电源的可靠性。以金升阳的20W DC-DC铁路电源URB24XXLD-20WR2为例，单独模块只能通过EN50155 1.4倍输入电压Vin的1s测试，但因为体积原因没有办法通过RIA12的标准，通过添加外围电路（也可以选择金升阳EMC辅助器FC-AX3D），就能通过RIA12要求的3.5Vin/20ms的等测试要求。因而合理的外围电路设计可以使模块满足更高等级的技术规格，使之适应更恶劣的应用环境，提升电源模块的可靠性。

8.2.6.4、散热设计

　　工业级电源模块的损坏大约有15%是因为散热不良导致的，电源模块是朝着小型化和集成化方向发展的，但是很多应用场合电源是处于密闭的环境中连续工作的，如果积热无法散出去，电源内部的器件可能因为超过热应力而损坏。通常的散热方式有自然风冷、散热片散热和加强制性散热风扇等。热设计的几点经验分享如下：

电源模块的对流通风：对于依靠自然对流和热辐射来散热的电源模块，周围环境一定要便于对流通风，且周围无大器件遮挡，便于空气流通。

发热器件的放置：如果系统中拥有多个发热源例如多个电源模块，相互之间应尽量远离，避免相互之间热辐射传递导致电源模块过热。

合理的PCB板设计：PCB板提供了一种散热途径，在设计时就要多考虑散热途径。例如加大主回路的铜皮面积，降低PCB板上元器件的密度等，改善模块的散热面积和散热通道，例如电源模块应尽量垂直放置，可以使热量尽快向上散发；如果将DC-DC模块放在PCB的底部，则向上散发的热量会被PCB阻挡，导致产品积热无法散发出去。

更大封装尺寸和散热面积：同样功率的电源，如果可能尽量选择尺寸更大的封装和散热面更大的散热器，或者使用导热胶将电源模块外壳与机壳连接。这样电源模块拥有更大的散热面积，散热会更快，内部的温度会更低，电源的可靠性自然也就越高。

匹配性设计、安规设计：电源的输入走线尽量保持直线，避免形成环路天线吸引外界辐射干扰。同时输入线和输出线需要按照UL60950的安规要求保持合适的间距，避免耐压失效。再者，电源底板下禁止布线，特别是信号线、电源变压器的电磁线会对信号形成干扰。

另外一个设计师需注意的是，需要关注一次电源和二次电源之间，以及电源与系统工作频率的倍频错开，避开相互之间的系统匹配性问题。

 

 

 

PS： 感谢本文中所参考/引用文章作者的无私分享
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