为你的应用正确选择一个电源模块

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电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言，对于整体式PLC不存在电源的选择。电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块的输出额定电流必须大于CPU模块、I/O模块和其它特殊模块等消耗电流的总和，同时还应考虑今后I/O模块的扩展等因素；电源输入电压一般根据现场的实际需要而定。直流输入电源对于输入电压一般都是宽范围：如5V为4.5-9V,12V为9-18V,24V为18-36V,48V为36-72V,110V为60-160V,另外我公司还有许多宽范围输入的电源模块，如9-36VDC（四倍输入）、16-160VDC（十倍输入）、200-400VDC（高压输入）、400-800VDC（高压输入）等。交流输入电源我公司产品型号齐全，覆盖了5-10KW全部系列，输入一般为220VAC（176-264V）和三相三线（四线），并带有PFC功率因数校正功能，产品效率高。

近，出现了一个新的选择：负载点DC/DC电源模块。这些模块结合了实现即插即用（plug-and-play）解决方案所需的大部分或全部组件，可以取代多达40个不同的组件。这样就简化了集成并加速了设计，同时可减少电源管理部分的占板空间。

从这些模块获得你需要的性能，同时满足你的预算和空间要求的关键在于，需要一家掌握不同可用技术的公司。

传统和常见的非隔离式DC/DC电源模块仍是单列直插（SiP）封装，见图1.这些开放框架的解决方案的确在减少设计复杂性方面取得了进展。然而，简单的是在印刷电路板上使用标准封装的组件。这些组件是典型的低频率设计（大约为300kHz），其功率密度不是恒定的。因此，其尺寸使之难以为许多空间受限的应用所接受。下一代电源模块需要在减少的外形规格（formfactor）方面取得重大进展，以提高设计的灵活性。

图1：传统SIP开放式模块。

为了实现设计人员需要的更高功率密度，电源管理供应商必须推高开关频率，以减小能源存储单元的尺寸。但是，利用标准组件增加开关频率会导致低效率，这主要是由于MOSFET的开关损耗。这推动着业界寻找成本有效地降低DC/DC模块中MOSFET的驱动和电源路径寄生阻抗的方法，生产与单个集成电路尺寸相仿的成型模块。

ISL8201MDC/DC模块

DC/DC就是指直流转直流电源。是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能（20~30）%.直流斩波器不仅能起调压的作用（开关电源），同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。DC/DC变换是将原直流电通过调整其PWM（占空比）来控制输出的有效电压的大小。

Intersil公司的ISL8201M是20V10A输出电流的可变输出降压电源，是高性能PWM控制器，开关频率600kHz,它集成了功率MOSFET,电感和所有的无源元件，可以实现完整的DC/DC电源解决方案。ISL8201M输入电压从1V到20V,采用单个分压电阻可实现输出电压从0.6V到5V,峰值电流达17A,效率高达95%,可用在服务器，工业设备，POL稳压，电信和数据通信设备以及其它通用降压DC/DC转换器。

图2：ISL8201M概念封装图。

从效率的角度看，ISL8201M实现了的性能。此外，QFN封装优良的热性能可以实现非常紧凑的设计，而不需要散热片。这使得ISL8201M达到了大约200W/in3的功率密度，约为传统开放式框架模块的4倍。

图3：ISL8201M效率曲线（Vin=12V）。

当评估一个特定应用的解决方案时，尺寸和成本是两个主要的考虑因素。但是，在终端应用中其他因素可能同样重要或更为重要。其中一些额外考虑因素正在研究。

可靠性

所有系统设计人员必须处理的一个主要问题是可靠性。许多分布式电源架构应用需要足足运行多年，而很少停工。可靠性在系统总拥有成本方面发挥着重要作用。在处理功率模块时，由于共同封装组件的数量、高功率密度引起的热疲劳现象，还有附件机制（attachmentmechanism）故障的缘故，可靠性问题非常重要。

金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effecttransistor）。MOSFET依照其"通道"的极性不同，可分为n-type与p-type的MOSFET,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称尚包括NMOSFET、PMOSFET、nMOSFET、pMOSFET等。

电气系统和组件的故障率遵循浴缸曲线的形状（见图4）。这个曲线从一种状态到另一种状态陡峭而锐利的过渡取决于所使用组件的选择、这些组件的额定值及其与模块中其他组件的兼容性。例如，在20V输入能力的DC/DC模块中使用一个30VMOSFET是可以接受的，只要精心选择驱动器、肖特基二极管和缓冲电路即可。

图4：生命周期故障率。

电源模块中的热疲劳现象是由电源转换效率低下和浪费了有限的可用空间造成的。这终会增加温度上升速率，并因此缩短了产品的使用寿命。为了尽量减少温度对平均无故障时间（MTBF）的影响，系统设计人员应考虑散热问题、有效气流，以及基于模块功率损耗的降额曲线。

图5：典型的降额功率损耗曲线。

另外一个导致重大故障的现象是由焊点裂纹造成的“温度跑道”。如果模块受到机械振动或多次温度循环冲击，裂纹可能在焊点中逐步展开，终可能使组件脱离基板。这将导致电阻的增加，反过来又增加了温度应力。这些事件可能会重复，直至循环达到线剪切模式并导致灾难性的故障。

在ISL8201M中，系统设计人员获得了一个针对上述可靠性基准进行了广泛和测试的解决方案。

电气性能

在选择一个的模块时，系统设计人员面临的主要困难之一是寻求性能、可靠性和价格实惠之间的微妙平衡。这项任务的难度因标准化测试条件和测量结果的缺乏被放大了，特别是涉及数据表中公布的一些主要参数时，如功率能力、效率和瞬态响应。

在比较效率时，你必须考虑到输入电压、输出电压和电流水平，在该点比较效率。瞬态响应是另一个参数，它需要一些分析，以便有一个有效的比较。你必须确保输入和输出电压是相同的，输出电容有相同的值和类似的参数（ESR、ESL等），，施加的暂态电流步骤均为相同的幅度和速度。

热性能

在许多应用中，电源模块需要在富有挑战性的环境中工作。在比较一个模块的电源能力时，不应只着眼于25℃时的电性能，还要考虑系统的环境温度、气流和将模块的热量传到外面的方法。例如，Intersil的ISL820xM系列采用的QFN封装旨在通过印刷电路板实现的热转移，因此模块下的大型铜板将改善整个电源的性能。

总之，新的更高功率密度的选择已经以非隔离负载点的D