如何快速定位与排除电源模块故障

Zedd

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如何快速定位与排除电源模块故障

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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。
& ?: ]$ F* L) ~9 A  A$ C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：
l 外接电容过大;
l 容性负载过大;
* B) Z+ X( h$ N: O$ rl 负载电流过大;
) }$ r" C6 S& I( [4 C" ]# r2 ol 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：
' |2 `/ P& r% kl 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;
l 容性负载过大时需可先串联一个合适的电感;
l 输出负载过重是会造成启动时间延长，选择合适负载;
# ?4 e" g) F/ ^( ~8 Il 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：
) S4 b' B2 `8 P9 W7 B2 C. cl 使用的是线性电源模块;
l 负载过流;
$ `5 K8 d1 P) e" Q1 R% Ql 负载太小：负载功率小于模块电源输出功率的10%，都会有可能会导致模块发热(效率太低);
l 环境温度过高或散热不良。
热成像仪观测下的发热电源模块如图1所示：

图1

针对这一类问题，可以通过外在环境的优化或通过调整负载来改善，具体如下所示：
l 使用线性电源时要加散热片;
l 提高电源模块的负载，确保不小于10%的额定负载;
2 S; r0 u& b6 i+ |l 降低环境温度，保持散热良好。
2 m8 d+ i  t9 r' m模块电源损坏较快
那么比电源模块发热更为严重的使用异常情况自不必多说，那就是这个电源模块直接损坏了。那么电源模块使用没多久就损坏，并且更换后没几天又坏了，这是什么原因导致的呢?首先需要排除掉是否是使用劣质的电源这一情况，那么还有哪些因素会导致这一问题呢?具体原因如下所示：
l 输出负载过轻使其可靠性降低所致;
l 输出端电容过大导致模块启动时造成损坏;
l 输入端电压长期偏高导致模块输入端开关管损坏。
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图2

这一类问题也是负载不匹配导致的，可以通过改变输出负载、电容或者改变合适的输入电压通过改善，具体如下：
7 O2 h% @& N& ]l 确保输出端不小于少10%的额定负载，若实际电路工作中会有空载现象，就在输出端并接一个额定功率10%的假负载;
  T* s" W8 u- U& G6 A* ul 选取符合电源模块技术手册规格的电容;
  M2 g1 f7 I# K0 q: Zl 选择合适的输入电压。
电源模块上电后快速烧毁
较于上一种电源模块损坏的情况而言，更可怕的情况就是，不仅坏了电源甚至把整个电路都烧毁了。具体的现象就是电源模块刚上电就烧毁冒烟了，输入端的电容炸裂，如图3所示，这一类问题是最为严重的，需要在前期设计中尽量避免，那么若是已经发生了这一情况，它到底是什么原因导致的呢?具体如下所示：
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图3

l 输入电压极性接反了;
4 C( f  ~7 Z& ?" Q# hl 输入电压远远高于标称电压;
l 输出端极性电容接反了;
7 n3 y; c3 O1 E$ r9 x  j8 Kl 输出电路易引起短路或者外接负载在上电瞬间存在大电流。
' r/ ^% d6 m/ d& s' H1 s& S9 T这一类问题是最为严重的故障，需要重新检查一遍电路进行相应优化或者调整电压，具体如下所示：
: E$ P3 Q- [3 k6 B/ Al 接线前注意检查或加防反接保护电路;
l 选择合适的输入电压;
& _/ B4 F) {; \) G2 Y0 G0 Ol 上电前检查电容极性，确保正确;
l 在电源模块输出端加短路保护。
+ |: H/ [* V" z5 [2 c选用优质的隔离电源模块，降低电路的设计风险

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