一文了解電源模塊如何選型

本文從電源規(guī)格和系統(tǒng)配電設(shè)計兩個方面介紹海凌科電源模塊如何選型，便于用戶更快速高效的挑選想要的產(chǎn)品。

01

確定電源的規(guī)格

首先確定電源的規(guī)格，按照需求的指標進行篩選，確定使用標準電源模塊還是需要定制電源。

第一步，選擇電源模塊的輸入電壓。

3.3V，5V，9V，12V，15V，24V 輸入電壓變化范圍為±10%，選擇 A、B、E、F、G、H 系列非穩(wěn)壓輸出的產(chǎn)品。輸入電壓變化范圍為±5%，選擇 IA、IB、IE、IF 系列穩(wěn)壓輸出的產(chǎn)品。

該系列產(chǎn)品供電一般為開關(guān)電源、線性穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓二極管等輸出電壓較為穩(wěn)定的電源。

第二步，選擇電源模塊的輸出電壓及功率。

電源模塊最好應(yīng)用在標稱滿負荷的 30%-80%功率條件下，前提條件是在常溫情況，如果設(shè)計中考慮到高溫環(huán)境和低溫環(huán)境，還需要考慮到溫度降額要求。選擇合適的輸出功率是設(shè)計成功的關(guān)鍵因素之一，過大或過小的電流均會導(dǎo)致較低的可靠性和過高的成本。輸出電壓常見規(guī)格有3.3V，5V，9V，12V，15V，24V，±5V，±12V，±15V 等。

第三步，選擇輸出負載類型。

輸出電壓的類型是由輸出負載決定，如 485、CAN 通信總線 IC 對電源精度要求不高的場合，可選擇非穩(wěn)壓輸出系列的模塊（如 A、B、E、F、G、H 系列）；對于傳感器、高精度的運放、A/D、D/A 等芯片對電源精度和紋波噪聲較敏感的器件應(yīng)選擇穩(wěn)壓輸出系列的模塊（IA、IB、IE、IF 系列）。

第四步，選擇電源模塊的隔離性質(zhì)。

隔離特性，使模塊的輸入與輸出完全為兩個獨立的（不共地）電源。在工業(yè)總線系統(tǒng)中，面臨惡劣環(huán)境（雷擊、電弧干擾）時進行安全隔離，也能起到消除接地環(huán)路的作用；在混合電路中，實現(xiàn)敏感模擬電路和數(shù)字電路的噪聲隔離；在多電壓供電系統(tǒng)中實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換。

對于雙路輸出的產(chǎn)品，需確定輸出的兩路是否需要隔離，如果需要隔離，需要選用雙隔離雙輸出產(chǎn)品。

按照隔離強度，電源分為 1500VDC/2000VDC/3000VDC/3500VDC/4200VDC/6000VDC 隔離等。

第五步，選擇電源模塊的封裝尺寸。

目前常見的封裝分為 SIP、DIP、SMD、DFN、SOIC-16 五種，尺寸大小詳見各產(chǎn)品的技術(shù)手冊。選擇哪種類型主要由系統(tǒng)設(shè)計的實際空間尺寸、采用的生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場使用環(huán)境來決定，如使用在汽車系統(tǒng)上，應(yīng)選擇 DIP 或者 SMD 封裝的產(chǎn)品，其抗振動的性能更好。

注：1、B/F/H為單路輸出，A/E/G為±雙輸出；

2、帶I字母為穩(wěn)壓輸出

02

系統(tǒng)配電設(shè)計

系統(tǒng)配電的設(shè)計往往要結(jié)合產(chǎn)品的特性和電路的需求進行多次優(yōu)化，準確評估實際電路的工作參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，有助于我們更為精確地選擇合適的模塊電源。

第一步，外界因素

環(huán)境溫度會對電源模塊及其外接元件有一定的影響，電源模塊在應(yīng)用時可能處于高溫、低溫或高低溫循環(huán)變化環(huán)境中（如：機艙、船艙等），我們應(yīng)詳細了解在環(huán)境條件變化情況下電源模塊相應(yīng)參數(shù)的變化，以便保證在實際環(huán)境中滿足其要求。

需要注意的是：電源模塊工作的環(huán)境溫度，不是指當時的氣溫，而是設(shè)備機殼內(nèi)的空間溫度；由于存在許多發(fā)熱器件，通常機殼內(nèi)溫度比周邊環(huán)境氣溫要高。

表 1-2 行業(yè)工作環(huán)境溫度分布

特別在高溫時模塊大幅度降額，設(shè)計時要考慮足夠余量，且外圍器件應(yīng)選擇高低溫特性較好的電解電容為宜。因為在高溫下，電容的內(nèi)壓增大，容易導(dǎo)致失效，請參照所使用電容的規(guī)格書正確使用。

在有電弧、靜電放電、不穩(wěn)定交流電網(wǎng)、啟動開關(guān)、繼電器、雷擊等干擾的環(huán)境，輸入電壓和電流可能會遠遠超過模塊的承受范圍，導(dǎo)致模塊永久性損壞和負載電路的癱瘓，這時要適當添加保護電路，確保電源安全工作。

傳輸距離對系統(tǒng)供電電源也有影響，一般選型時注意以下幾點：

（1）室內(nèi)線短、溫差小、干擾小，一般采用非隔離或小功率型的模塊；

（2）室外遠距離傳輸時，除了考慮防雷隔離保護以外，還要精確計算傳輸損耗，選擇寬電壓輸入且功率足夠的隔離電源模塊。

（3）若傳輸距離過長、損耗較大時，模塊的供電電源必須提供足夠的功率，才能保證模塊正常工作，考慮到模塊的啟動電流，一般建議供電電源提供的電流為模塊啟動電流的 1.3-1.6 倍。

（4）建議在模塊的輸入引腳旁并接一電容，以提高產(chǎn)品啟動性能。

第二步，工作環(huán)境

所有功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)品都會有一定的損耗轉(zhuǎn)變?yōu)楸旧淼臒崮?，使自身發(fā)熱，并影響周圍環(huán)境升溫，引起數(shù)據(jù)干擾（熱敏傳感器件）和器件性能下降，甚至會引起短路起火，布局時一定要有充足氣流空間，或增加散熱面積來降低溫升，保證安全。

由于開關(guān)電源是采用開關(guān)技術(shù)來實現(xiàn)的，其自身的開關(guān)振蕩電路及內(nèi)部的磁性元件會對周圍的器件以傳導(dǎo)和輻射的方式產(chǎn)生電磁干擾和污染。電磁干擾（EMI）是指通過電磁輻射傳播和信號線、電源線傳導(dǎo)的電磁能量對環(huán)境所造成的污染。電磁干擾不能完全被消除，但可以采取一些方法使其降低到安全的等級。

第三步，模塊的布局

不合理的接地和電源布局往往會引起系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定，高噪聲和其它惡劣現(xiàn)象。

在許多應(yīng)用中，數(shù)字電路和模擬電路共用同一電源，在這類設(shè)計中其實是要對模擬電路和數(shù)字電路分開使用或完全隔離電源、接地回路，避免數(shù)字直流電平的變化和邏輯瞬態(tài)過程干擾到敏感的模擬電路。

在高速或動態(tài)模擬電路、數(shù)字電路中，負載通過較長的線路配電時，電源配線的分布電阻和等效電感變得明顯且極易因為負載電流的迅速變化引起噪聲干擾，這就需要對負載去耦，同時消除線路上的串聯(lián)阻抗和分布參數(shù)引起的諧振。