將高壓模塊集成到關鍵的長期應用中

作者：Hafiz Khalid，XP Power高級高壓產品經(jīng)理

高壓研發(fā)過程在各種應用中提出了許多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)是通過多年來在現(xiàn)場的觀察和與研發(fā)工程師的交談而呈現(xiàn)的。下面列出了一些：

確定高壓模塊要求

高壓功率轉換器的精度

應用中圍繞高壓的電路設計

在終端應用中易于處理和集成

1. 確定高壓模塊的要求

定義需求在設計過程中至關重要。下面列出了在尋找高壓模塊時應考慮的一些事項。

輸入和輸出條件：了解高壓模塊的可用輸入和應用中的負載條件是獲得正確解決方案的第一步。輸入電壓及其精度非常重要，有助于確定模塊所需的線路調節(jié)和保護要求。在大多數(shù)應用中，負載是電阻和電容元件的混合體。因此，了解負載和負載條件對于確定高壓電源的電壓和電流要求至關重要。

電壓和電流要求：根據(jù)高壓需要做的事情，需要定義電壓和電流以及極性。這主要取決于負載規(guī)格。例如，光電倍增管可能需要1200VDC和微安的電流。

控制和監(jiān)控信號：由于當今世界的大多數(shù)應用都是由數(shù)字電路控制的，因此了解應用中用于控制和監(jiān)控高壓模塊的信號對于更易于集成至關重要。

環(huán)境條件：根據(jù)應用情況，可能需要考慮特定的環(huán)境條件，如工作溫度、濕度等。注意應用的去向以及高壓模塊在應用中的位置。

尺寸限制：這與高壓電源和整體應用的空間可用性相對應。在小型桌面和手持應用中，大小變得非常關鍵。即使在半導體制造、檢驗工具和分析儀器等需要更多空間的應用中，重點也是使它們盡可能小，以便在同一空間中提供更多功能，或為更多新一代儀器提供空間。

機構批準：當最終應用進入具有特定監(jiān)管批準要求的行業(yè)部門時，這一點變得至關重要。例如，用于分析儀器市場的UL/IEC/EN 61010。

2. 高壓功率轉換器的精度

高壓功率轉換器的精度受其他變量的影響，這些變量可能包括輸入電壓、負載條件、工作溫度和其他環(huán)境因素的變化。以下是定義模塊高電壓精度要求時需要考慮的規(guī)格列表。

輸出電壓公差：與規(guī)定電壓的偏差

設定值精度：電源使用控制電壓達到設定值的能力

線路和負載調節(jié)：電源根據(jù)輸入電壓和負載的變化將輸出電壓保持在調節(jié)規(guī)格內的能力

紋波和噪聲：DC高壓電源頂部的殘余AC信號

控制的線性度：輸出電壓相對于控制電壓的傳遞函數(shù)

溫度系數(shù)：相對于每攝氏度的溫度變化，輸出電壓的變化

隨時間變化的穩(wěn)定性：高壓電源在規(guī)定時間內保持高壓在一定規(guī)格范圍內，同時保持其他參數(shù)不變的能力。這在質譜分析等應用中變得非常關鍵，因為在質譜分析中，儀器要保持8小時的工作狀態(tài)，并且如果使用相同的樣品，預期會產生相同的結果。如果高壓電源不夠穩(wěn)定，無法確保這一點，這將成為一個問題。

3. 應用中圍繞高壓的電路設計

在設計低壓或數(shù)字電路板時，高壓電路板的設計需要特別注意與之無關的細節(jié)。在設計過程中，您可能需要在高壓電源周圍安裝部件，這對高壓側尤其具有挑戰(zhàn)性。在高壓下工作時，某些規(guī)范變得更為重要，下面列出了這些規(guī)范以及在高壓板設計期間需要注意的細節(jié)。

與低壓電路的適當爬電距離和間隙距離

高壓區(qū)域沒有接地層

避免電路板上焊盤的銳邊

在高壓線附近不得使用絲網(wǎng)

在高壓區(qū)沒有電鍍孔

如果需要的話，在板子上開槽，以提供絕緣

保形涂料和其他絕緣材料，如果需要的話

高壓部件的主要規(guī)格和注意事項

電壓和功率額定值

部件降額

電壓和溫度系數(shù)

熱性能

4. 易于在終端應用中處理和集成

易操作性和易集成性是模塊集成的電氣和機械方面，也需要加以考慮。如果在設計的模塊中已經(jīng)包含以下內容，則集成高壓變得更容易。

4.1 保護和安全

輸入保護

輸入欠壓和過壓保護保護裝置防止輸入線路出現(xiàn)故障

控制過壓保護保護裝置和應用免受編程設定的高于其設計的電壓

輸出保護

電弧保護可避免產品在應用中發(fā)生電弧事件

過流保護和短路保護為模塊和應用提供安全，以防產品過載超過其最佳交付點或在應用中出現(xiàn)短路

熱保護

熱關機保護模塊，以防其溫度范圍超出規(guī)定的工作溫度范圍。根據(jù)其設計方式，通常在消除過溫條件后恢復

4.2 控制信號

這些信號用于控制和監(jiān)控高壓模塊?？刂坪捅O(jiān)控信號的數(shù)字兼容性很重要，因為它定義了控制高壓所需的電路。如果信號是DAC兼容的，那么控制高電壓就變得容易得多，因為模塊具有該功能。測量高壓和負載電流是一個挑戰(zhàn)，因為您的數(shù)字萬用表和示波器探頭所需的特殊設備僅限于某些電壓，通常不超過1000VDC。如果該模塊具有數(shù)字兼容的監(jiān)控信號，這就使設計者的工作變得更加容易。下面列出了一些在模塊集成中非常有用的信號及其特性。

電壓編程

啟用/禁用輸入

輸出電壓監(jiān)控

負載電流監(jiān)控

控制和監(jiān)控信號的數(shù)字兼容性

性能的可重復性

4.3 物理模塊集成

這與應用電路中模塊的空間和物理集成相對應。以下是應該考慮的因素。

輸入和輸出連接

尺寸限制

機械布局

PCB安裝

機板安裝

環(huán)境因素

散熱能力(如需要)

XP Power的新款HRC05旨在解決系統(tǒng)設計者面臨的準確性、可靠性和集成問題，并在一個微型封裝中提供最佳解決方案。

審核編輯：湯梓紅