中心议题：
- 电源?？槭涑龅缪褂牍ぷ魑露鹊墓叵?/strong>
- 元件温度性能对模块温度特性的影响
摘要：
为了得到一款军品级?？橐蛭贾赂呶率У脑?，通过对模块内部元件加热测试，观测模块电学参数的变化，并与?？檎寮尤鹊缪Р问浠慕峁霰冉?。得到影响?？槭涑龅缪Р问浠淖钪饕脑?，同时对该元件特性分析，获得元件随温度变化失效的原理。测得其输出电压随环境温度的上升，而缓慢下降的主要原因来自于光耦的温度特性?；肪澄露却锏?50℃左右时，?？槟?a target="_blank" style="text-decoration:none;" >变压器磁芯温度将达到居里点附近，使?？槭涑龅缪辜负跷?。
引言
DC⁄DC 电源?？椋ㄒ韵录虺颇？椋?，是一种运用功率半导体开关器件实现DC⁄DC功率变换的开关电源。它广泛应用于远程及数据通信、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业，并在远程和数字通信领域有着广阔的应用前景。随着电子技术的高速发展，开关电源的应用领域越来越广泛，所工作的环境也越来越恶劣，统计资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温升为50℃时的寿命只有温升25℃时的1⁄6。本文所研究的电源?？槭侵械缂诺谒氖兄频墓惴河糜诰さ囊豢罡咝阅蹹C⁄DC 电源?？椤Ｓ隝nterpoint 的MHF2815S+ 相比，具有输出效率高，产生热量少，抗浪涌能力高等优点。
在DC⁄DC 电源?？榈缭唇峁怪兄饕脑骷校?脉宽调制器（控制转换效率）、光电耦合器（输入与输出隔离，避免前后级干扰，并传递取样信息给PWM, 保持输出电压的稳定）、VDMOS（功率转换部件，利用其良好的开关特性提高转换效率）和肖特基二极管（整流以及滤波，是功率输出的主要部件）。
1 电源?？槭涑龅缪褂牍ぷ魑露鹊墓叵?
为了摸清电源?？榈缪Р问嫖露缺浠那榭?，首先对电源?？檎褰屑尤龋馐云涫淙氲缌?、输出电流、输出电压（Vout）电学参数，试验条件：保持输入电压28 V，输出负载15Ω ，输出电流1 A；测试输入电流与输出电压随温度的变化。发现模块的输出电压有较明显的下降，输入电流，输出电流的变化趋势不是很明显，其变化趋势是伴随着温度的升高，电源?？榈牡缪怪鸾ゼ跣?，而且趋势非常明显，从图1 中可见，加热温度在50℃ ，V out 为14.98 V；温度为142℃ 时，Vout 降为14.90 V。此外，因为?？榈男适瞧湫阅艿闹匾副?，当效率下降到一定数值，?？橐不嵋蛭攘抗喽?。为此计算了该试验条件下模块效率随温度的变化，从图2 可见?？榈男?，随着温度的升高，变化趋势更加明显，开始较为缓慢，随着温度的升高而逐渐加快，呈现玻尔兹曼指数分布。在测试中发现当温度升到150℃，模块输出电压为零。
图1 电源?？閂out 与温度T 的关系
图2 电源?？樾?eta; 与温度T 的关系[page]
为了寻找导致电源模块的输出电压随温度升高而明显下降的主要元器件，根据?？榈牡缏?，选择相应的元件搭建电路， 该电路经过测试可以完成?？榈乃泄δ?，同时因为非集成化，可以对其元件单独测试，避免了集成元件因尺寸太小而难以测试的条件。下面对电源模块中的重要的元件单独加热，测试其电参数随温度的变化，同时测试电路V ou t 的变化。
2 元件温度性能对?？槲露忍匦缘挠跋?
2.1 变压器
变压器在中不仅能传递能量，同时还起到了电气隔离的作用，变压器的原边与副边线圈匝数比的不同可以达到升压或降压的作用。在模块工作状态下，由于磁芯的涡流效应，变压器会产生很多的热量，成为?？槿攘坎闹饕丛?。实验中首先测试了变压器原边和副边线圈的电感量随温度的变化，如图3 所示，从图3 中可见随着温度的升高，线圈的电感量先增加，然后小幅下降，再小幅上升，在环境温度为220℃ 以前，变压器的原边与副本电感量的整体趋势是逐渐增加，当温度达到220℃，磁芯温度达到居里点，线圈的电感量迅速降为零。对于不同磁芯材料的变压器其居里点温度有所不同，对于此类变压器，可知居里温度在220℃附近。当变压器温度接近居里点时，变压器电感量会迅速减小，会导致输出电压迅速下降。
实验中还测试了电路中的输入输出的其他电感元件的电感量随温度的变化。在整个加热阶段，其他元件的电感量随温度变化很小，与变压器电感量变化相比可以忽略。而且在变压器电感量下降的阶段，其他电感元件的电感量变化仍然较小。
为了校正环境温度与模块因自生热升高的温度，选择一?？?，将?？橥饪谴┛?，并将感温线放到变压器的圆孔内部，测试变压器的温度，通过对测试数据处理，得到变压器温度与环境温度的关系函数：y=1.18x +13?？杉溲蛊鞯奈露仍陡哂诘缭茨？榈墓ぷ魑露?。
当环境温度为150℃，感温线测试的结果约190℃，由于感温线测试点是变压器圆孔内部的空气，不是变压器的磁芯温度，因此感温线的测量结果比实际的变压器的温度要低很多，由此可以判断变压器的磁芯温度将接近居里点，因此当?？榈幕肪澄露瘸?50℃时，?？橹斜溲蛊鞯奈露冉锏奖溲蛊鞔判镜木永锏阄露?，此时?？榈氖涑龅缪辜负跷?。
图3 变压器电感量L 与温度T 的关系
2.2 脉宽调制解调器（PWM）
PWM 的主要功能是根据输出反馈，调节脉冲波形的占空比，并驱动功率器件，从而得到稳定的直流输出电压。
在该型号电源?？橹校琍WMSG3524 的功能是提供两路方波信号给三极管和VDMOS，并根据方波信号的宽度控制VDMOS 的导通与关断时间。在此试验中，对电路工作状态的PWMSG3524 单独加温，并测试输出方波信号与温度的关系， 测得波形没有明显变化；在加温的同时对?？榈氖淙搿⑹涑龅缌鞯缪菇屑锹?，发现随着PWM 所在环境温度的升高输入电流与输入电压变化都很??；输出电压与输出电流变化也很小，加热PWM 导致电参数变化与?？檎寮尤鹊绮问啾瓤梢院雎浴Ｖっ鱌WMSG3524 对?？榈奈露忍匦杂跋旖闲?。
2.3 VDMOS
VDMOS（垂直双扩散场效应晶体管）在模块电路中作为开关器件，在感性负载下工作，承受高尖峰电压和大电流，具有较高的开关损耗和温升，其开关频率可高达130 kHz, 在这样高的频率下工作，可能引起内部多种退化机制， 导致VDMOS 的性能下降，甚至失效。
在本实验中对?？橹械腣DMOS 单独加温，测试?？榈缪Р问谋浠ü馐缘玫降蔽露鹊?80℃时，输入电流随温度的升高有较为明显的增加。而输出电压、输出电流随温度的升高变化较小。此外计算?？榈氖涑鲂?，判断模块是否处在正常工作状态，通过计算可到对VDMOS 单独加热到180℃ 时，?？榈氖淙氲缌餮杆僭黾?。而当温度升至220℃，输出电压几乎没有变化，由于模块在150℃已经失效，而此时单独加热温度已经高达180℃，远高于?？檎寮尤仁У奈露?， 因此VDMOS 的温度特性不是影响输出电压变化的原因。
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2.4 二极管（ SBD）
在?？橹惺褂玫亩苡形妊苟埽鞫?，其中整流二极管在电压转换过程中扮演了重要的角色。在变压器的输出端， 两个整流二极管在不同时段导通，使交流脉动电压转换为直流脉动。在本实验中，对电路中的SBD 单独加热，发现随着温度的升高，?？榈氖涑龅缪姑挥薪厦飨缘谋浠?。因此?？樵诟呶鹿ぷ鞯幕肪诚拢琒BD 不是引起?？槭涑龅缪瓜陆档闹饕蛩?。
2.5 光电耦合器
光电耦合器（以下简称光耦）以光为媒介传输电信号。它对输入，输出电信号有良好的隔离作用。光耦一般由3 部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（ LED），使之发出一定波长的光，它被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电-光-电的转换，从而起到输入、输出隔离的作用。由于光耦输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
在模块中，光耦作为隔离输入、输出的重要部件，同时将输出端比较放大器输出的电流信号传输到PWM的9 脚，而9 脚是PWM 的补偿端，它与比较器的反向输入端相连，控制PWM 的11 脚和14 脚输出脉冲的宽度。从而调整模块的输出电压保持稳定。
在本实验中，首先测试?？橹惺褂玫墓怦頝EC2705 的输入端电流与输出端电流的比例系数随温度的变化，输入端所加电流为11 mA，结果表明在25 时，该光耦的电流传输比接近1：1， 但是随着温度的升高，输入电流不变，输出端的电流逐渐减小，大约每升高10，光耦的电流传输比减小4%，结果如图4 所示。
图4 光耦电流传输比与温度T 的关系
然后对工作状态中?？榈墓怦畹ザ兰尤龋？楣怦罱洗螅扇∠潞赶吆蟮ザ兰尤龋?，测量?？榈氖涑龅缪?，见图5。发现随着温度的升高，?？榈缪怪鸾ハ陆担矣肽？檎寮尤仁辈獾玫氖涑龅缪顾嫖露壬仙陆登魇苹痉?。通过分析可知，随着环境温度的升高，电源?？楦髟墓脑黾?，将导致?？榈氖涑龅缪沟南陆?，此时应当通过光耦连接的反馈电路，使得PWM输出的脉宽增加，提高输出端的电压，但是由于光电耦合器的传输效率下降，不能完全将负反馈的结果传输给PWM。使得PWM 输出脉宽比实际较窄， 即电压调整能力降低，使输出电压随环境温度上升而下降。
图5 输出电压与光耦温度T 的关系
3 结 语
综上所述，?？槲露忍匦员硐治涸谖露刃∮?50 的时候，?？榈氖涑龅缪够郝陆?，原因是由于光耦电流传输比的下降引起；当温度大于150 时，电源模块输出电压迅速下降，甚至输出电压几乎为零，其原因是此时模块中变压器的磁芯温度接近居里点温度（220）。变压器作用失效所引起。在此情况中，如果?？槟诓棵挥胁渌乃鹕?，当停止加热，?？槲露然指吹绞椅拢？橹匦录拥纾？槭涑龅缪谷阅芑指吹秸Ｖ?。然而，对于本实验中测试的?？椋被肪澄露瘸?50 左右时，由于模块变压器的磁芯温度达到距离点，使磁芯温度升高，该正反馈会使磁芯温度迅速升高，产生的热量也更多，造成?？槟诓科渌骷乃鸹?，很容易造成?？榈挠谰盟鸹?。
