电源模块问题定位难？这些方法帮你搞定-电路图讲解-电子技术方案

电源模块凭借其模块化的设计，让用户能够最大程度的缩减产品的设计开发周期，其用法简单，但大家真的会用电源模块吗？若电源模块使用不当，产生的破坏力将是十分巨大的，我们应该如何防范呢？这里将为您一一揭晓。   电源模块的使用故障主要分为两大类：参数异常和使用异常。笔者上一篇文章已经为大家介绍了电源参数异常问题原因以及相应的解决方案，本次将分析较为常见的电源模块使用异常故障问题。较于参数异常问题，这一类问题的破坏力更大，稍有差池可能会造成极大的经济损失，本文将根据影响程度从小到大为大家分析不同的异常产生原因，希望这篇文章中的技术干货对各位工程师的电源模块应用电路设计有所帮助，不幸遇到的话，也能快速的排查故障，进行优化。  

一、电源模块启动困难 首先是破坏力较小的情况——电源模块在启动中出现启动困难，甚至启动不了。大家在使用电源模块过程中可能会出现电源模块输出端电压正常，输出端就是没有任何输出，电源模块也无损坏，是什么原因呢？具体原因如下所示：   l、外接电容过大； 2、容性负载过大； 3、负载电流过大； 4、输入电源功率不够。   针对这一类问题，可以通过调整输出端的电容以及负载或调整输入端的功率进行改善，具体如下所示：

• 外接电容过大，在电源模块启动时向其充电较长时间，难以启动，需要选择合适的容性负载；

• 容性负载过大时需可先串联一个合适的电感；

• 输出负载过重是会造成启动时间延长，选择合适负载；

• 换用功率更大的输入电源。

模块发热严重 较启动困难而言，更为严重的使用异常情况是电源模块在使用的时候发热很严重。出现这种现象的根本原因是由于电源模块在电压转换过程中有能量损耗，产生热能导致模块发热，降低电源的转换效率。这会影响电源模块正常工作，并且可能会影响周围其他器件的性能，这种情况需要马上排查。那么什么情况下会造成电源模块发热较严重呢？具体原因如下所示：

• 使用的是线性电源模块；

• 负载过流；

• 负载太小：

• 负载功率小于模块电源输出功率的10%，都会有可能会导致模块发热（效率太低）；

• 环境温度过高或散热不良。

热成像仪观测下的发热电源模块如图1所示：  

 图1   针对这一类问题，可以通过外在环境的优化或通过调整负载来改善，具体如下所示：

• 使用线性电源时要加散热片；

• 提高电源模块的负载，确保不小于10%的额定负载；

• 降低环境温度，保持散热良好。

模块电源损坏较快   那么比电源模块发热更为严重的使用异常情况自不必多说，那就是这个电源模块直接损坏了。那么电源模块使用没多久就损坏，并且更换后没几天又坏了，这是什么原因导致的呢？首先需要排除掉是否是使用劣质的电源这一情况，那么还有哪些因素会导致这一问题呢？具体原因如下所示：

• 输出负载过轻使其可靠性降低所致；

• 输出端电容过大导致模块启动时造成损坏；

• 输入端电压长期偏高导致模块输入端开关管损坏。

 图2   这一类问题也是负载不匹配导致的，可以通过改变输出负载、电容或者改变合适的输入电压通过改善，具体如下：

• 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；

• 选取符合电源模块技术手册规格的电容；

• 选择合适的输入电压。

电源模块上电后快速烧毁 较于上一种电源模块损坏的情况而言，更可怕的情况就是，不仅坏了电源甚至把整个电路都烧毁了。具体的现象就是电源模块刚上电就烧毁冒烟了，输入端的电容炸裂，如图3所示，这一类问题是最为严重的，需要在前期设计中尽量避免，那么若是已经发生了这一情况，它到底是什么原因导致的呢？具体如下所示：  

 图3

• 输入电压极性接反了；

• 输入电压远远高于标称电压；

• 输出端极性电容接反了；

• 输出电路易引起短路或者外接负载在上电瞬间存在大电流。

这一类问题是最为严重的故障，需要重新检查一遍电路进行相应优化或者调整电压，具体如下所示：

• 接线前注意检查或加防反接保护电路；

• 选择合适的输入电压；

• 上电前检查电容极性，确保正确；

• 在电源模块输出端加短路保护。

• 选用优质的隔离电源模块，降低电路的设计风险

ZLG致远电子自主研发、生产的隔离电源模块，具有宽输入电压范围，隔离1000VDC、1500VDC、3000VDC多个系列，封装形式多样，兼容国际标准的SIP、DIP等封装。同时ZLG致远电子根据丰富的电源设计及应用经验，可为用户提供专业的电源外围应用电路设计经验参考，提升产品的可靠性。

 致远电子电源模块以其效率高、输入电压范围宽、体积小、可靠性高、耐冲击、隔离特性好，温度范围宽等特性，适用于做板级的供电电源，广泛应用于电力、工业自动化、通讯、医疗、交通、楼宇自动化、仪器仪表和汽车电子等众多领域。                                            -电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）

  设计了一个基于LM317和AT89C51的数字显示可调稳压电源。系统包含主电源和辅助电源模块、电压数值转换和模数转换模块和信号处理和数字显示模块的设计。测试结果证明系统达到了设计要求。  

1引言 直流稳压电源是能够保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压的常用的电子设备。它广泛应用于仪器仪表、工业控制及测量领域中。故设计、制造一个低纹波、高精度的直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。  

2设计要求 本文设计的稳压电源的要求具有输出电流大、输出电阻小、稳压系数低的特点，并将模拟电压转换为数字信号，通过LED直观的显示出来，使整个电源更加人性化。设计的具体参数要求为：输出电压在1.5伏至30伏连续可调，最大输出电流可至1.5安，稳压系数小于0.01，输出电阻小于0.1欧，显示精度达到0.2级标准。  

  3系统硬件设计3.1总体设计 本设计包含主电源和辅助电源模块的设计、电压数值转换和模数转换模块的设计和信号处理和数字显示模块的设计。主电源模块是整个系统的核心，用来对外部负载供电，辅助电源为设备内部的其他模块供电。电压数值转换和模数转换电路模块先把输出电压转变到单片机可处理的电压范围，然后把模拟电压转换为数字信号。信号处理和数字显示模块把送来的数字信号经过处理后输出显示。电路的整体设计框图如图1所示。

3.2主电源和辅助电源电路设计 主电源用来对外部负载供电，辅助电源为设备内部的其他模块供电，这样电压转换和处理显示模块的信号就不会受到负载变化的影响。电路都包含变压、整流、滤波和稳压四个环节，不同之处在于主电路的的稳压模块为可调稳压，辅助电源为固定稳压。主电源电路中的核心是LM317可调节三端稳压器，在输出电压范围为1.2伏到37伏时能提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用，只需要两个外部电阻来设置输出电压，此外还使用内部限流、热关断和安全工作区补偿机制防止烧坏芯片。稳压输出电压由式1给出：  

 因为调节电流在式中代表误差项，所以LM317在设计时就把控制在100uA以内并使之保持恒定。R2的典型值是240欧，所以就可以根据要求的输出电压来求出调节电阻RV1的大小，本设计中要求最高输出30伏的电压，故RV1的值应该为5.6千欧。   电压数值转换和模数转换电路模块与主机和数字显示电路模块需要独立稳定的正负5伏电源，这里以7805和7905为核心，设计了有对称输出的辅助电源电路。  

3.3电压数值转换和模数转换电路设计 一般情况下稳压电源输出的直流电压需要用外接电压表或万用表来显示电压，本设计为了让稳压电源使用更加便利和直观，专门设计了显示电路，把输出电压实时显示出来。单片机处理的信号是5伏以内的数字信号，故先要对电源的输出电压进行数值转换和模数转换。   电路中用运放AD822S构成两个反相比例运算电路，其中输出电压和输入电压的的关系如式2所示：        为了把电源输出的最大为30伏电压转变为5伏的电压，R31在1.66千欧左右，具体的阻值可以结合后面的模数转换电黄卢记：讲师硕士研究生路的需要进行微调来提高显示精度。   从电压数值转换电路输出的电压依然是模拟电压，通过模数转换电路将模拟电压信号转变成数字电压信号，并传送至单片机。   

 模数转换电路以ADC0804为核心，将电压数值转换电路的输出电压连接至VIN+引脚，把转换的结果通过数据口送至单片机AT89C51的Port2。ADC0804的RD、WR和INTR分别连接到单片机的RXD、TXD和INTR，以查询方式检测ADC0804是否完成转换，也可以采用中断方式进行处理。  

3.4信号处理和数字显示电路设计 信号处理和数字显示模块的核心是AT89C51。从电压数值转换和模数转换电路传送至AT89C51的Port2的信号是与模拟电压对应的数字信号。如图6所示，该信号经过AT89C51的处理后转变为具体的显示驱动编码，通过Port0传送至四位共阳极七段LED数码管的数据总线上，扫描信号则通过P1.0~P1.3分别接至Q1~Q4的基极上，通过三极管驱动LED数码管进行显示。  

3.5系统电路 系统的整体硬件电路如图2所示：

4软件设计 对数字电压信号的处理主要靠主机通过软件来实现。软件设计包含查询读取模块、求值运算和输出显示模块的设计。首先根据后续程序的需要做一些全局设置，然后用查询方式从ADC0804采集数字信号，并对采集的数字信号进行运算，最后把运算的结构输出显示。其中转换查询读取及数值计算在主程序中实现，输出显示用显示函数来实现。  

5系统测试5.1性能指标 系统的测试包含三个方面。第一是对稳压电路输出电压和最大输出电流的测试;第二部是对稳压电路稳压质量的测试，第三是对显示精确度的测试。在对稳压电路稳压质量的测试中，从三个方面考察其稳压特性，一是电网电压波动时，检测其输出电压是否稳定，一般用式3所确定的稳压系数Sr进行度量;另一方面是负载变化时，其输出电压是否稳定，一般用式4所确定的输出电阻Ro进行度量;第三方面是测试直流输出电压中交流分量的大小，一般用式5所确定的波纹系数δ进行度量。显示模块所显示的数值与稳压电源输出电压实际值的误差大小表示仪表质量的高低，一般式5所确定的准确度K进行度量。    

5.2测试数据 测得数据如表一表二所示   表一输出参数测试数据     

 测试结果证明，各项参数指标均达到了设计要求。  

6结语 本系统具有结构简单、成本低廉、性能可靠、输出可调、操作简便，显示直观的特点，可以用在对直流电压要求相对较高的各种精密设备上。                                            

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