DC /DC电源模块高温失效原因

温度的关系函数： y = 1. 18x +13。可见变压器的温度远高于电源模块的工作温度。

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， 因此当模块的环境温度超过150℃时， 模块中变压器的温度将达到变压器磁芯的居里点温度， 此时模块的输出电压几乎为零。

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。

在该型号电源模块中， PWMSG3524 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； 在加温的同时对模块的输入、输出电流电压进行记录， 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小； 输出电压与输出电流变化也很小，加热PWM 导致电参数变化与模块整体加热电参数相比可以忽略。证明PWMSG3524 对模块的温度特性影响较小。

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。

在本实验中对模块中的VDMOS 单独加温， 测试模块电学参数的变化， 通过测试得到当温度到180℃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。此外计算模块的输出效率， 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， 模块的输入电流迅速增加。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 ℃，远高于模块整体加热失效的温度， 因此VDMOS 的温度特性不是影响输出电压变化的原因。

2. 4 二极管（ SBD）

在模块中使用的二极管有稳压二极管， 整流二极管， 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， 模块的输出电压没有较明显的变化。因此模块在高温工作的环境下， SBD 不是引起模块输出电压下降的主要因素。

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， 首先测试模块中使用的光耦NEC2705 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。

然后对工作状态中模块的光耦单独加热（ 模块光耦较大， 可取下焊线后单独加热） , 测量模块的输出电压，见图5。发现随着温度的升高， 模块电压逐渐下降， 且与模块整体加热时测得的输出电压随温度上升而下降趋势基本符合。通过分析可知， 随着环境温度的升高，电源模块各元件的功耗增加， 将导致模块的输出电压的下降， 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4 光耦电流传输比与温度T 的关系。

图5 输出电压与光耦温度T 的关系

3 结