序言
隨著當今電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子系統(tǒng)產(chǎn)品從僅僅追求低價格、小體積、高性能逐步進化到高效節(jié)能、高可靠性、高性價比、良好的交期保證等綜合指標，僅僅擁有產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)能力已經(jīng)不能滿足市場需求，還需具有技術(shù)創(chuàng)新能力、可靠性體系工程、生產(chǎn)規(guī)模和高工藝水平制造平臺。而電源作為電子系統(tǒng)中的心臟器件，如果“心臟”停止跳動，可能導(dǎo)致其供電的系統(tǒng)崩潰甚至會因為失效擴散致使整個系統(tǒng)崩潰，因此電源除了上述電子系統(tǒng)產(chǎn)品的共性要求外，還需增加極低的不良率和失效效果不擴散兩個要求。
1、定壓電源失效的真正原因
用到RS485和CAN通信以及運放的地方必然會用到這樣一類電源模塊：1-2W固定電壓輸入的電源模塊，此類電源模塊大多采用成熟的推挽(Royer)電路實現(xiàn)，具有電路拓撲簡單成熟、可生產(chǎn)性強的特點，因此部分家庭作坊式企業(yè)在制作此類電源模塊，并以極低的價格出售。這樣的電源模塊看起來采購成本非常低廉，但是單一產(chǎn)品的價格已經(jīng)不能表征產(chǎn)品真正的成本，低可靠性的產(chǎn)品容易出現(xiàn)損壞，派遣工程師去現(xiàn)場處理的費用成本以及客戶的信任危機成本將遠遠超過電源模塊使用者的預(yù)期。因此，極低的不良率是很多高端客戶潛在且必要的需求。
另一方面，目前常見的1-2W定壓電源模塊應(yīng)用現(xiàn)場往往會出現(xiàn)輕負載效率低下、輸出容性負載接的過大或者是偶發(fā)性的輸出短路而導(dǎo)致產(chǎn)品的失效，更糟糕的是其失效模式卻大多是輸入端開關(guān)管被擊穿所導(dǎo)致的輸入短路，電源模塊的輸入端口短路將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的前級電源的電壓被拉低，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰，更嚴重的是如果前級電源的供電能力很強，過流保護點過大的話定壓產(chǎn)品的失效往往導(dǎo)致整個PCB板燒毀乃至于引發(fā)火災(zāi)等嚴重問題，所以Royer電路的固有缺陷越來越無法適應(yīng)現(xiàn)在系統(tǒng)對高可靠性的要求。
那么解決輕負載效率低下、輸出容性負載過大和輸出短路的失效擴散的方法到底在哪里呢?
2、誰說魚和熊掌不可以兼得?
如何既能保持高效轉(zhuǎn)換又能實現(xiàn)輸出短路保護以及提高電源模塊的長期可靠性成為了1-2W定壓電源模塊的行業(yè)難題。
金升陽，作為微功率模塊電源領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，其在微功率電源技術(shù)上的研究一直處于國際領(lǐng)先地位。盡管是已經(jīng)是行業(yè)翹楚，但金升陽在產(chǎn)品開發(fā)上同樣遇到了上述的行業(yè)難題。為了徹底解決1-2W的定壓電源模塊的這些固有問題，金升陽投入了大量的研發(fā)人力，創(chuàng)造性的提出了六大專利技術(shù)，從根本上解決了Royer電路存在的無輸出短路保護、輕負載條件下效率低、長期空載易失效、容性負載能力差、高低溫特性不佳、隔離電容偏大等固有的技術(shù)難題，同時，我們R2代產(chǎn)品是國內(nèi)唯一經(jīng)過系統(tǒng)可靠性工程改造的定壓產(chǎn)品，采取了DFMEA和PFMEA措施，從失效機理層面、器件層面、制造工藝層面到客戶應(yīng)用層面的全面可靠性改進與提升，并從元器件特性優(yōu)化、PCB布板優(yōu)化、生產(chǎn)工藝改進、質(zhì)量管控等方面投入大量人力物力，全面提升產(chǎn)品性能及質(zhì)量。產(chǎn)品的理論失效率從第一代電源模塊300ppm的不良率降低到現(xiàn)在R2代產(chǎn)品的30ppm，大大降低了客戶的使用成本，提高客戶系統(tǒng)的可靠性。目前，金升陽定電壓R2代電源模塊產(chǎn)品是全球唯一的同時具有長期輸出短路保護、全負載范圍高效率、優(yōu)良的EMI特性、低紋波噪聲、優(yōu)異的高低溫特性的產(chǎn)品，金升陽將全球的定電壓產(chǎn)品的技術(shù)水平提升到了一個全新的境界。
3、9大核心賣點奠定絕對優(yōu)勢
通過一系列系統(tǒng)的可靠性工程改造，金升陽定壓R2代產(chǎn)品的整體性能相對于上一代產(chǎn)品的有了很大的提升，這里以金升陽的三代產(chǎn)品B0505LS-1WR2、B0505LS-1WR、B0505LS-1W為例展開對比，具體見表1：[!--empirenews.page--]
表1 定壓R2代產(chǎn)品與一代產(chǎn)品的優(yōu)勢對比
從表1可直觀看出，金升陽的R2代產(chǎn)品不但實現(xiàn)了長期短路保護，在各關(guān)鍵性能上都有突破性的提升。
1)高效
在目前采用常規(guī)的Royer電路實現(xiàn)的電源模塊產(chǎn)品，在輕負載條件下轉(zhuǎn)換效率極低。但是在電源模塊的實際應(yīng)用中，如果電源模塊長期工作于輕負載條件下，由于轉(zhuǎn)換效率低而有可能導(dǎo)致電源模塊產(chǎn)品的失效，更為嚴重的是造成整個系統(tǒng)的崩潰。金升陽的R2代產(chǎn)品，在原有一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新性的升級改良，產(chǎn)品效率得到極大地提高，特別是在輕負載條件下，其R2代產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率更是達到原來產(chǎn)品的2倍，以金升陽的第一代B0505LS-1W、B0505LS-1WR和R2代電源模塊B0505LS-1WR2代產(chǎn)品為例，圖1為其產(chǎn)品效率曲線對比圖：
圖1 R2代產(chǎn)品效率對比曲線圖
從上圖中可看出，在滿載條件下，R2代產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率比原來產(chǎn)品提升近10%左右，但在輕負載(5%Load)條件下，其效率從原來的22%提升到了40%左右，更加有效的保證產(chǎn)品在系統(tǒng)中長期工作于輕負載條件下的可靠性。
2)高溫度特性
得益于其效率的提升、高工藝水平和采用國際知名的原材料品牌，完成ESD、MSD、焊接可靠性和精益生產(chǎn)等項目的可靠性整改，極大地提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性及可靠性，其工作環(huán)境溫度范圍更是達到了軍標要求的-40℃-105℃，極大地降低了應(yīng)用現(xiàn)場高溫失效的幾率，而及金升陽的一代產(chǎn)品只能滿足-40℃-85℃的工作溫度要求，在高溫環(huán)境下容易造成產(chǎn)品的失效，嚴重限制了客戶整個系統(tǒng)的設(shè)計以及應(yīng)用要求。圖2為其工作溫度曲線圖。
圖2 定壓產(chǎn)品工作溫度曲線
從圖2可看出，在金升陽一代產(chǎn)品的工作溫度在達到105℃時是不能正常使用，不能滿足于對工作環(huán)境要求比較高的系統(tǒng)，而金升陽的R2代產(chǎn)品能很好的解決該問題，從系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境到可靠性都得到了極大地保障。
3)長期短路保護
具有長期輸出短路保護功能的電源模塊產(chǎn)品是滿足整個系統(tǒng)可靠性的重要指標，但是常規(guī)的Royer電路不具備這樣的特性，當出現(xiàn)輸出短路時，電源模塊的輸入開關(guān)管就會被擊穿而造成輸入短路，引起前級電源的崩潰，更為嚴重的可能會因為前級電源無過流保護或者過流保護點過高而發(fā)生火災(zāi)等嚴重問題。
為了解決定壓產(chǎn)品的輸出短路保護問題，行業(yè)內(nèi)比較常用的方法是利用變壓器繞組分離的技術(shù)實現(xiàn)長期輸出短路保護功能，但采用這種方式帶來的后果是大大減低了產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率、犧牲產(chǎn)品紋波噪聲特性的同時提高了成本。
而應(yīng)用了金升陽自己發(fā)明的專利技術(shù)，金升陽的R2代產(chǎn)品不但能實現(xiàn)長期輸出短路保護功能，同時也滿足全負載范圍高效率的要求。
4)高容性負載
在電子系統(tǒng)中，有些特殊器件本身會帶有很大的容抗，且為了降低電源模塊的紋波噪聲往往在輸出端要采用外加大電容進行濾波，這就要求電源模塊必須擁有較高容性負載的能力。但是常規(guī)采用Royer電路設(shè)計的定壓電源模塊，其容性負載的能力很弱，一般情況下只能實現(xiàn)10uF左右的容性負載能力，如果輸出端電容過大或者采用鉭電容進行濾波時可能會造成產(chǎn)品啟動問題甚至會造成產(chǎn)品的直接失效。且大多系統(tǒng)設(shè)計人員只關(guān)注了模塊在常溫下的容性負載能力，而實際應(yīng)用時溫度范圍至少需要低到-40℃，因此整機在低溫下的容性負載能力是更值得大家關(guān)注的可靠性問題。[!--empirenews.page--]
金升陽R2代產(chǎn)品不但實現(xiàn)了長期短路保護的功能，保證在鉭電容進行濾波時保證電源模塊本身的安全，其容性負載能力達到上百微法的等級要求，極大地提高了系統(tǒng)受電源模塊容性負載能力的影響，放寬了后級電容選擇的要求。
5)穩(wěn)定的輕負載特性
目前，系統(tǒng)設(shè)計人員為了實現(xiàn)高可靠性的要求，在電源模塊的使用上都會采取較大的功率降額，這就要求電源模塊能滿足在輕負載條件下的穩(wěn)定可靠性要求，但是行業(yè)內(nèi)采用常規(guī)的Royer電路實現(xiàn)的定壓電源模塊，在輕負載條件下其轉(zhuǎn)換效率低、導(dǎo)致輕載損耗大，產(chǎn)品溫升高，對于多模塊使用的場合或密閉場合可能導(dǎo)致相對較高的失效率，完全無法滿足高可靠性要求的應(yīng)用要求。
金升陽的R2代產(chǎn)品從電路到工藝的升級，保證產(chǎn)品在輕負載條件下的效率、穩(wěn)定可靠性，讓客戶真正的體驗高可靠性產(chǎn)品帶來的便捷。
6)低隔離電容
在電源設(shè)計特別是采用常規(guī)Royer電路實現(xiàn)的電源模塊產(chǎn)品中，為了實現(xiàn)低的高頻開關(guān)噪聲，往往在初次級間采用大容量的Y電容，且常規(guī)變壓器的繞組間也存在較大的層間電容，這就造成了電源模塊本身的隔離電容過大。但是在電子系統(tǒng)中，由于電源模塊的隔離電容問題引起系統(tǒng)工作的抗共模干擾能力大大下降，異常問題頻繁出現(xiàn)。
為了實現(xiàn)低的隔離電容，金升陽的R2代產(chǎn)品從變壓器的設(shè)計、EMI的設(shè)計等方面入手，不需要過大的初次級間外加Y電容而降低產(chǎn)品本身因高頻開關(guān)而帶來的高頻噪聲，實現(xiàn)了極低的隔離電容，為系統(tǒng)有效地抗共模干擾提供更可靠的保證。
7)EMI & EMC特性
EMC性能是電子系統(tǒng)正常、安全工作的保證，目前對電子行業(yè)對產(chǎn)品的EMC都提出了很高的要求，而電源模塊作為電子系統(tǒng)的核心部件，電源模塊的EMC性能直接影響到整個系統(tǒng)的性能，所以高的EMC特性是電源模塊產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵問題，但是在定壓電源模塊中，由于受到體積、成本的限制，行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品以及金升陽原有一代產(chǎn)品的EMC特性都不盡人意，這嚴重影響了電子系統(tǒng)的整體性能。系統(tǒng)設(shè)計人員需要在電源模塊的前后級外加過多的EMC器件才能實現(xiàn)基本的EMC要求，以金升陽一代產(chǎn)品為例，必須要加復(fù)雜的外圍電路產(chǎn)品才能滿足CLASS B的EMI要求，對靜電也只滿足4KV的測試要求。
為了實現(xiàn)高EMI性能要求，金升陽對R2代產(chǎn)品的EMI特性作了全面的升級改良，在加少量外圍器件(輸入端采用Π型濾波)后能實現(xiàn)CLASS B的EMI等級要求，其靜電等級也能到達8KV的標準，極大地提升了產(chǎn)品的EMI & EMC特性。圖3為加少量外圍電路后其傳導(dǎo)測試結(jié)果。
圖3 定壓R2代產(chǎn)品EMI測試波形
8)良好的組裝體驗
金升陽的一代產(chǎn)品，是采用與業(yè)內(nèi)相似的塑膠外殼灌封工藝而實現(xiàn)的產(chǎn)品封裝，這類產(chǎn)品的工藝難點在于引腳與外殼的距離精度較差，當進行大規(guī)模自動化作業(yè)時，由于引腳間距的精度問題而帶來的生產(chǎn)維修成本將大大增加，給客戶的生產(chǎn)造成額外經(jīng)濟損失。
以金升陽B0505LS-1WR2代產(chǎn)品為例，該產(chǎn)品采用業(yè)內(nèi)先進的塑封工藝技術(shù)，大大縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、保證引腳與外殼的高間距精度，完全可以滿足機械插件自動化生產(chǎn)工藝的要求，對客戶的批量生產(chǎn)帶來極大地便利性，降低了客戶的組裝成本。
9)完整的體系保證
金升陽是目前國內(nèi)唯一通過TS16949汽車產(chǎn)品認證的電源模塊企業(yè)。TS16949與ISO9001標準相比，更加關(guān)注于過程管控及FMEA分析。目前金升陽不僅擁有汽車級專用電源模塊，而且將汽車產(chǎn)品認證的質(zhì)量管理要求逐步延伸到R2代產(chǎn)品的開發(fā)及生產(chǎn)中，更加有效的保證了R2代電源模塊產(chǎn)品的可靠與穩(wěn)定性。[!--empirenews.page--]
目前，金升陽的研發(fā)體系集合了IPD產(chǎn)品開發(fā)規(guī)范、ISO9001產(chǎn)品開發(fā)要求、TS16949對于設(shè)計管控的要求、可靠性平臺的要求、全過程的目標成本管理，打造了具體金升陽特色的研發(fā)管理體系，為打造精品產(chǎn)品，提供了令人信賴的體系保證。
3、總結(jié)
通過不斷的技術(shù)研究以及生產(chǎn)工藝改良，金升陽的R2代產(chǎn)品從基本電氣性能到可靠性都得到了極大地提升，在升級過程中產(chǎn)生大量的專利，同時因為工藝的改良和生產(chǎn)規(guī)模的擴大、相繼引進了PCB自動貼片設(shè)備，變壓器自動繞線設(shè)備、成品的自動測試設(shè)備、自動打標設(shè)備等，降低了人工成本以及制造成本，保證了產(chǎn)品的高性價比。金升陽的R2代電源模塊以絕對的優(yōu)勢領(lǐng)先于其他同類電源模塊產(chǎn)品，作為民族企業(yè)在海外與國際知名品牌一較高低，成為世界級的優(yōu)秀電源品牌企業(yè),特別是在定電壓電源模塊產(chǎn)品上所帶來的技術(shù)革新，推動了行業(yè)技術(shù)向前邁出了一大步，實現(xiàn)了對Royer電路的革命性升級，為電源模塊行業(yè)的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻。
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