DC/DC電源模塊高溫失效原因分析

　　PWM的主要功能是根據輸出反饋，調節脈沖波形的占空比，并驅動(dòng)功率器件，從而得到穩定的直流輸出電壓。

　　在該型號電源模塊中，PWM-SG3524的功能是提供兩路方波信號給三極管和VDMOS，并根據方波信號的寬度控制VDMOS的導通與關(guān)斷時(shí)間。在此試驗中，對電路工作狀態(tài)的PWM-SG3524單獨加溫，并測試輸出方波信號與溫度的關(guān)系，測得波形沒(méi)有明顯變化；在加溫的同時(shí)對模塊的輸入、輸出電流電壓進(jìn)行記錄，發(fā)現隨著(zhù)PWM所在環(huán)境溫度的升高輸入電流與輸入電壓變化都很??；輸出電壓與輸出電流變化也很小，加熱PWM導致電參數變化與模塊整體加熱電參數相比可以忽略。證明PWM-SG3524對模塊的溫度特性影響較小。

　　2．3 VDMOS

　　VDMOS(垂直雙擴散場(chǎng)效應晶體管)在模塊電路中作為開(kāi)關(guān)器件，在感性負載下工作，承受高尖峰電壓和大電流，具有較高的開(kāi)關(guān)損耗和溫升，其開(kāi)關(guān)頻率可高達130 kHz，在這樣高的頻率下工作，可能引起內部多種退化機制，導致VDMOS的性能下降，甚至失效。

　　在本實(shí)驗中對模塊中的VDMOS單獨加溫，測試模塊電學(xué)參數的變化，通過(guò)測試得到當溫度到180℃時(shí)，輸入電流隨溫度的升高有較為明顯的增加。而輸出電壓、輸出電流隨溫度的升高變化較小。此外計算模塊的輸出效率，判斷模塊是否處在正常工作狀態(tài)，通過(guò)計算可到對VDMOS單獨加熱到180℃時(shí)，模塊的輸入電流迅速增加。而當溫度升至220℃，輸出電壓幾乎沒(méi)有變化，由于模塊在150℃已經(jīng)失效，而此時(shí)單獨加熱溫度已經(jīng)高達180℃，遠高于模塊整體加熱失效的溫度，因此VDMOS的溫度特性不是影響輸出電壓變化的原因。

　　2．4 二極管(SBD)

　　在模塊中使用的二極管有穩壓二極管，整流二極管，其中整流二極管在電壓轉換過(guò)程中扮演了重要的角色。在變壓器的輸出端，兩個(gè)整流二極管在不同時(shí)段導通，使交流脈動(dòng)電壓轉換為直流脈動(dòng)。在本實(shí)驗中，對電路中的SBD單獨加熱，發(fā)現隨著(zhù)溫度的升高，模塊的輸出電壓沒(méi)有較明顯的變化。因此模塊在高溫工作的環(huán)境下，SBD不是引起模塊輸出電壓下降的主要因素。

　　2．5 光電耦合器

　　光電耦合器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)光耦)以光為媒介傳輸電信號。它對輸入，輸出電信號有良好的隔離作用。光耦一般由3部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長(cháng)的光，它被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電一光一電的轉換，從而起到輸入、輸出隔離的作用。由于光耦輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。

　　在模塊中，光耦作為隔離輸入、輸出的重要部件，同時(shí)將輸出端比較放大器輸出的電流信號傳輸到PWM的9腳，而9腳是PWM的補償端，它與比較器的反向輸入端相連，控制PWM的11腳和14腳輸出脈沖的寬度。從而調整模塊的輸出電壓保持穩定。

　　在本實(shí)驗中，首先測試模塊中使用的光耦NEC2705的輸入端電流與輸出端電流的比例系數隨溫度的變化，輸入端所加電流為11 mA，結果表明在25℃時(shí)，該光耦的電流傳輸比接近1：1，但是隨著(zhù)溫度的升高，輸入電流不變，輸出端的電流逐漸減小，大約每升高10℃，光耦的電流傳輸比減小4％，結果如圖4所示。

　　然后對工作狀態(tài)中模塊的光耦單獨加熱(模塊光耦較大，可取下焊線(xiàn)后單獨加熱)，測量模塊的輸出電壓，見(jiàn)圖5。發(fā)現隨著(zhù)溫度韻升高，模塊電壓逐漸下降，且與模塊整體加熱時(shí)測得的輸出電壓隨溫度上升而下降趨勢基本符合。通過(guò)分析可知，隨著(zhù)環(huán)境溫度的升高，電源模塊各元件的功耗增加，將導致模塊的輸出電壓的下降，此時(shí)應當通過(guò)光耦連接的反饋電路，使得PWM輸出的脈寬增加，提高輸出端的電壓，但是由于光電耦合器的傳輸效率下降，不能完全將負反饋的結果傳輸給PWM。使得PWM輸出脈寬比實(shí)際較窄，即電壓調整能力降低，使輸出電壓隨環(huán)境溫度上升而下降。

　　3 結語(yǔ)

　　綜上所述，模塊溫度特性表現為：在溫度小于150℃的時(shí)候，模塊的輸出電壓緩慢下降，原因是由于光耦電流傳輸比的下降引起；當溫度大于150℃時(shí)，電源模塊輸出電壓迅速下降，甚至輸出電壓幾乎為零，其原因是此時(shí)模塊中變壓器的磁芯溫度接近居里點(diǎn)溫度(220℃)。變壓器作用失效所引起。在此情況中，如果模塊內部沒(méi)有產(chǎn)生其他的損傷，當停止加熱，模塊溫度恢復到室溫，模塊重新加電，模塊輸出電壓仍能恢復到正常值。然而，對于本實(shí)驗中測試的模塊，當環(huán)境溫度超過(guò)150℃左右時(shí)，由于模塊變壓器的磁芯溫度達到距離點(diǎn)，使磁芯溫度升高，該正反饋會(huì )使磁芯溫度迅速升高，產(chǎn)生的熱量也更多，造成模塊內部其它器件的損壞，很容易造成模塊的永久損毀。