電源模塊的降額曲線簡析

今天想寫這篇文章來分享在前段時間了解的一個知識點——電源模塊的降額曲線。

為什么要寫這個呢？對于專門做電源的同學來說，肯定覺得很簡單。但是對于一個非電源行業(yè)的人來說，曲線應該如何解讀，業(yè)內(nèi)是如何測試出來的，不一定十分完全清楚。

這個問題的背景來源于上周我準備做熱設計，我把電源模塊的規(guī)格書發(fā)熱設計的同事，他問我規(guī)格書上面的降額曲線怎么理解。這里以金升陽的模塊作為例子，在官網(wǎng)隨便找到一個模塊電源規(guī)格書如下。

看到這個規(guī)格書，我最開始的理解是：一個標稱為100W的電源，在-20~55℃能輸出100W的功率， 但是當這個模塊放在環(huán)境為70℃條件下，只能輸出70W的功率。于是就把這個理解告訴熱設計的同事，讓他關(guān)注設備的溫升。

這事本來算是結(jié)束了，因為我覺得我理解的應該沒錯，完全是符合曲線。但腦海中一直在思考一個問題：金升陽明明設計的是一個100W的電源，怎么到了70℃只能輸出70W，不符合實際理解呀！難道我把這個電源模塊拿到70℃下加上90W的負載，整個模塊就不能工作嗎？理論設計的100W輸出功率變成了70W的輸出能力，導致模塊帶不動90W的負載嗎？

有了上述的疑問后，我一直沒有停止上述的思考，因為從電源能量傳遞的角度理解，我設計的100W電源，器件參數(shù)沒有改動，輸出能力不可能平白無故變?yōu)?0W。于是就查閱了一些電源模塊降額設計的資料，這才解開了我心中的疑惑。

1. 在70℃環(huán)境中，電源模塊的輸出能力變成了70W？

不對，在70℃環(huán)境中，其實這個電源模塊還是具備100W帶載能力。設計是100W，在任何溫度下都是100W。這里曲線標稱降額到70%，是指在70℃，這個電源模塊你要讓它安全，穩(wěn)定，長時間的工作，帶載要控制在70W以內(nèi)，并不是電源模塊只能輸出70W。

假設在70℃環(huán)境中，讓電源帶載100W，上電一會兒時間，電源完全可以輸出100W，但是可能很快進行過溫保護，或者某些器件損壞，導致無法正常工作。

2. 為什么是降額70%？這個數(shù)據(jù)有什么理論依據(jù)？

決定電源輸出負載大小，也就是降額程度的關(guān)鍵因素是電源模塊上核心鍵器件溫升。比如，變壓器，MOS管，二極管，大功率電阻，電容。這些核心器件如果溫升太高，電源模塊可能很快就壞了。因此，你負載不能帶的太高，負載越大，溫升越高，上述核心器件參數(shù)超過了限制溫度，要么半導體器件過溫失效或者保護，要么電容壽命比設計的降低很多。所以，想要這個電源模塊正常工作，這個時候功率控制在70W以內(nèi)就是安全的。

同理，對于下面的輸入降額曲線肯定也不是像之前那樣膚淺了。

按照之前的理解，這個曲線肯定被解讀成：輸入電壓在AC110V以下時，電源模塊沒有能力輸出100W?，F(xiàn)在的理解是：在電壓降低時，根據(jù)功率一定，電壓越低，電流越大的原理，器件輸入級存在整流二極管，共模電感等器件，這些器件在大電流下自身發(fā)熱較大，為了不超過這些器件以及其他核心器件的通流能力和溫升，電源模塊的功率需要控制在一定功率內(nèi)，這樣電流就在一定范圍內(nèi)，不會導致器件損壞。

為了驗證上面的理解正確與否，我又特地請教了在臺達專門做電源的大學同學，同學的解答和我上面的理解是基本一致。同時，同學還告訴我電源行業(yè)是怎么把這個曲線測出來的。

大概如下圖所示。在電源模塊上找到關(guān)鍵器件以及溫升較高的器件作為溫度檢測點，熱設計有專門的溫度探頭，根據(jù)關(guān)鍵器件的溫升不超過安全溫度限制，來調(diào)節(jié)帶載能力。經(jīng)過多次測試，在哪些功率下模塊能長時間在該溫度下運行，此時輸出的功率就是降額后的功率。

同步還了解到，有些數(shù)字電源在進行降額設計時，專門有溫度監(jiān)測的功能，ADC將讀取到的溫度反饋到主控中，主控根據(jù)溫度來限制輸出負載的能力。原理本質(zhì)上也是通過某些器件的限制條件（溫度，通流），來限制輸出功率，保證模塊在高溫，低壓下能長時間，穩(wěn)定的工作。

電源模塊降額曲線對于電源行業(yè)內(nèi)的來說，應該比較清楚。但對不熟悉的人來說，看似簡單的一個曲線，里面其實也有些可以挖掘的東西。

審核編輯：劉清