DC-DC电源模块常见故障及解决方案

电源模块作用是为微控制器、集成电路、数字信号处理器、模拟电路及其他数字或模拟负载供电。电源模块虽然可靠性比较高,但在使用过程也可能出现故障,主要的故障原因分为两大类:参数异常和使用异常。下文将分析较为常见的电源模块参数异常故障问题,提供相应的解决方案,其中的某些故障,您或许也遇到过。

一、输入电压过高

针对电源模块输入参数异常——输入电压过高。这种异常轻则导致系统无法正常工作,重则会烧毁电路。那么输入电压过高通常是哪些原因造成的呢?

l 输出端悬空或无负载;

l 输出端负载过轻,轻于10%的额定负载;

l 输入电压偏高或干扰电压。

针对这一类问题,可以通过调整输出端的负载或调整输入电压范围,具体如下所示:

l 确保输出端不小于少10%的额定负载,若实际电路工作中会有空载现象,就在输出端并接一个额定功率10%的假负载;

l 更换一个合理范围的输入电压,存在干扰电压时要考虑在输入端并上TVS管或稳压管。

二、输出电压过低

针对电源模块输出参数异常——输出电压过低。这可能会导致整体系统不能正常工作,如微控制器系统中,负载突然增大,会拉低微控制器供电电压,容易造成复位。并且电源长时间工作在低输入电压情况下,电路的寿命也会出现极大的折损。因此输出电压偏低的问题是不容忽视的,那么输出电压过低通常是那些原因造成的呢?如下图1所示。

l 输入电压较低或功率不足;

l 输出线路过长或过细,造成线损过大;

l 输入端的防反接二极管压降过大;

l 输入滤波电感过大。

图1 输出电压过低原因

针对这一类问题,可以通过调整供电或者更换相应的外围电路来改善,具体如下所示:

l 调高电压或换用更大功率输入电源;

l 调整布线,增大导线截面积或缩短导线长度,减小内阻;

l 换用导通压降小的二极管;

l 减小滤波电感值或降低电感的内阻。

三、输出噪声过大

针对电源模块输出参数异常——输出纹波噪声过大。众所周知,噪声是衡量电源模块优劣的一大关键指标,在应用电路中,模块的设计布局等也会影响输出噪声,那么输出纹波噪声过大通常是哪些原因造成的呢?

l 电源模块与主电路噪声敏感元件距离过近;

l 主电路噪声敏感元件的电源输入端处未接去耦电容;

l 多路系统中各单路输出的电源模块之间产生差频干扰;

l 地线处理不合理。

ZDS2024示波器测试有较大噪声干扰问题的电源模块,如图2所示:

图2 电源纹波波形图

针对这一类问题,可以通过将模块与噪声器件隔离或在主电路使用去耦电容等方案改善,具体如下:

l 将电源模块尽可能远离主电路噪声敏感元件或模块与主电路噪声敏感元件进行隔离;

l 主电路噪声敏感元件(如:A/D、D/A或MCU等)的电源输入端处接0.1μF去耦电容;

l 使用一个多路输出的电源模块代替多个单路输出模块消除差频干扰;

l 采用远端一点接地、减小地线环路面积。

四、电源耐压不良

针对电源模块性能参数异常——电源模块的耐压不良。通常,隔离电源模块的耐压值高达几千伏,但可能在应用或测试过程中出现不能达到该指标的情况,那么哪些因素会大大降低其耐压能力呢?

l 耐压测试仪存在开机过冲;

l 选用模块的隔离电压值不够;

l 维修中多次使用回流焊、热风枪。

用耐压仪测试电源模块隔离电压的方法如图3所示:

图3 耐压测试图

针对这一类问题,可通过规范测试和规范使用两方面改善,具体如下所示:

l 耐压测试时电压逐步上调;

l 选取耐压值较高的电源模块;

l 焊接电源模块时要选取合适的温度,避免反复焊接,损坏电源模块