小竅門(mén)：AC-DC電源模塊故障排查

開(kāi)關(guān)電源以高集成度、高可靠性、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)等多重優(yōu)勢(shì)，受到許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的青睞，但其容易上手，操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)使許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)者在使用中出現(xiàn)一些問(wèn)題，因此本文就從這些角度出發(fā)，通過(guò)分析開(kāi)關(guān)電源常見(jiàn)的使用問(wèn)題以及如何排除故障進(jìn)行詳細(xì)的闡述，希望對(duì)我們的日常產(chǎn)品設(shè)計(jì)有所幫助。

1.接通輸入電壓后，模塊無(wú)輸出或者直接損壞?

由于客戶(hù)使用的電源外圍器件不合適、元件有損傷、使用電磁環(huán)境惡劣或者誤操作等，都有可能導(dǎo)致模塊在通電后沒(méi)有輸出電壓或者直接損壞。

圖1 電源模塊通常外接的外圍電路

(1)輸出引腳焊接錯(cuò)誤或者客戶(hù)PCB殘留錫渣導(dǎo)致輸出短路，使模塊處于短路保護(hù)狀態(tài)。建議按照模塊絲印圖正確焊接引腳或清洗PCB，排除短路狀態(tài)后，重新上電即可恢復(fù)正常。

(2)輸入外接的保險(xiǎn)絲FUSE損壞，排查模塊輸入前置電路是否存在短路情況，其次檢查保險(xiǎn)絲規(guī)格是否太小。建議按照規(guī)格書(shū)推薦規(guī)格選用保險(xiǎn)絲。

(3)客戶(hù)使用電壓環(huán)境不穩(wěn)定，存在輸入電壓過(guò)大的可能，使模塊啟動(dòng)瞬間損壞。建議按照規(guī)格書(shū)要求的范圍給模塊供電。

(4)模塊啟動(dòng)瞬間，存在較大的浪涌電流，使模塊直接啟動(dòng)瞬間損壞。建議按照規(guī)格書(shū)上推薦的防護(hù)電路在模塊前端加浪涌抑制電路。

2.為什么模塊起機(jī)輸出電壓不穩(wěn)定或者偏低?

(1)電源模塊輸出端通常推薦增加一定的濾波電容，但在使用過(guò)程中，由于認(rèn)識(shí)不足等原因，使用了過(guò)大的輸出濾波電容。

圖2 容性負(fù)載過(guò)大

如圖2中的電路(a)所示，一個(gè)3W的模塊，輸出使用了2000uF的電容，而通過(guò)查閱產(chǎn)品手冊(cè)了解到，建議模塊最大輸出電容為800uF。輸出電容過(guò)大可能導(dǎo)致啟動(dòng)不良或者輸出電壓偏低。建議模塊外接的輸出電容容值不大于產(chǎn)品手冊(cè)規(guī)定的最大容性負(fù)載。

圖3 容性負(fù)載典型值以及最大值

(2)客戶(hù)在使用模塊時(shí)，未準(zhǔn)確估算出所需的電源模塊功率，使模塊處于超載啟動(dòng)或超載工作狀態(tài)。

圖4 ZY0JGBxxP-10W系列電源模塊

如圖4中ZY0JGBxxP-10W系列電源模塊所示，模塊的額定功率為10W即模塊使用的功率范圍不能超過(guò)10W，否則可能會(huì)導(dǎo)致模塊啟動(dòng)不良，或者輸出電壓偏低。建議改用更大功率的電源模塊或者減輕使用負(fù)載。

3.模塊紋波噪聲超過(guò)產(chǎn)品手冊(cè)標(biāo)注的最大值?

開(kāi)關(guān)電源輸出不是純正的直流電壓，里面有些交流成分即紋波和噪聲。噪聲的產(chǎn)品原因有兩種，一種是開(kāi)關(guān)電源自身產(chǎn)生的，另一種是外接電磁場(chǎng)的干擾(EMI)，它能通過(guò)輻射或者電源線(xiàn)輸入開(kāi)關(guān)電源。由于開(kāi)關(guān)電源品種繁多，每個(gè)電源制造商都有自己的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。所以示波器帶寬選擇不一致，或者測(cè)試方法不一樣都有可能導(dǎo)致測(cè)得的結(jié)果不同。建議示波器帶寬選擇20MHz，然后按照?qǐng)D5要求的方法進(jìn)行測(cè)量。

圖5 噪聲測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

4.模塊在惡劣環(huán)境溫度下不能正常工作或者易損壞?

電源是一種電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中本身需要消耗一些電能，而這些電能則被轉(zhuǎn)化為熱量釋出，而電子元件工作的穩(wěn)定性與老化速度是和環(huán)境溫度息息相關(guān)的。因此使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致模塊不能正常工作或者工作一段時(shí)間后損壞。

圖6 降額曲線(xiàn)

(1)a.溫升過(guò)高，模塊輸出電壓間歇性震蕩，發(fā)生過(guò)溫度保護(hù)現(xiàn)象。

b.輸出紋波增大或者電源出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。

C.模塊損壞。

建議環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，需嚴(yán)格按照產(chǎn)品手冊(cè)中的降額曲線(xiàn)操作，或者選用更大功率的電源模塊。

(2)低溫下不能正常啟動(dòng)或者啟動(dòng)有尖峰。

建議環(huán)境溫度較低時(shí)，需嚴(yán)格按照產(chǎn)品手冊(cè)中的降額曲線(xiàn)操作。

5.具有CE標(biāo)示的產(chǎn)品，是否裝機(jī)于其他系統(tǒng)內(nèi)，一定能符合EMC要求?

不一定，一般電源供應(yīng)器安置在系統(tǒng)的位置、線(xiàn)組的安排與系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)等均會(huì)造成某種程度的影響。相同的電源供應(yīng)器，在不同的使用環(huán)境或應(yīng)用往往會(huì)有不同的結(jié)果。如果模塊不滿(mǎn)足EMC要求或者模塊與客戶(hù)的系統(tǒng)相互干擾，建議適當(dāng)調(diào)整模塊與敏感器件的距離并采取屏蔽措施，并按照數(shù)據(jù)手冊(cè)外接推薦的EMC防護(hù)電路。

圖7 致遠(yuǎn)電源模塊

6.怎么延長(zhǎng)AC-DC開(kāi)關(guān)電源的使用壽命?

一般認(rèn)為電解電容隨著環(huán)境溫度升高10℃，而壽命縮小一半，而電解電容又是AC-DC開(kāi)關(guān)電源不可缺少的元件，所以可以說(shuō)電解電容的壽命很大程度決定開(kāi)關(guān)電源的使用壽命。建議選用多30%輸出額定功率的模塊。例如若系統(tǒng)需要一個(gè)15W的電源，則建議挑選不小于20W(例如ZY0JGBxxD-20W)輸出額定功率的模塊，以此類(lèi)推可有效延長(zhǎng)電源的使用壽命。