AC-DC电源模块应用故障排查-原理图|技术方案

开关电源以高集成度、高可靠性、简化设计等多重优势，受到许多产品设计者的青睐，但其容易上手，操作简单的优点使许多产品设计者在使用中出现一些问题，因此本文就从这些角度出发，通过分析开关电源常见的使用问题以及如何排除故障进行详细的阐述，希望对我们的日常产品设计有所帮助。

1．接通输入电压后，模块无输出或者直接损坏？
由于客户使用的电源外围器件不合适、元件有损伤、使用电磁环境恶劣或者误操作等，都有可能导致模块在通电后没有输出电压或者直接损坏。

图1  电源模块通常外接的外围电路

（1）输出引脚焊接错误或者客户PCB残留锡渣导致输出短路，使模块处于短路保护状态。建议按照模块丝印图正确焊接引脚或清洗PCB，排除短路状态后，重新上电即可恢复正常。
（2）输入外接的保险丝FUSE损坏，排查模块输入前置电路是否存在短路情况，其次检查保险丝规格是否太小。建议按照规格书推荐规格选用保险丝。
（3）客户使用电压环境不稳定，存在输入电压过大的可能，使模块启动瞬间损坏。建议按照规格书要求的范围给模块供电。
（4）模块启动瞬间，存在较大的浪涌电流，使模块直接启动瞬间损坏。建议按照规格书上推荐的防护电路在模块前端加浪涌抑制电路。

2．为什么模块起机输出电压不稳定或者偏低？
（1）电源模块输出端通常推荐增加一定的滤波电容，但在使用过程中，由于认识不足等原因，使用了过大的输出滤波电容。

图2 容性负载过大

如图2中的电路（a）所示，一个3W的模块，输出使用了2000uF的电容，而通过查阅产品手册了解到，建议模块最大输出电容为800uF。输出电容过大可能导致启动不良或者输出电压偏低。建议模块外接的输出电容容值不大于产品手册规定的最大容性负载。

图3 容性负载典型值以及最大值

（2）客户在使用模块时，未准确估算出所需的电源模块功率，使模块处于超载启动或超载工作状态。

图4  ZY0JGBxxP-10W系列电源模块

如图4中ZY0JGBxxP-10W系列电源模块所示，模块的额定功率为10W即模块使用的功率范围不能超过10W，否则可能会导致模块启动不良，或者输出电压偏低。建议改用更大功率的电源模块或者减轻使用负载。

3．模块纹波噪声超过产品手册标注的最大值？
开关电源输出不是纯正的直流电压，里面有些交流成分即纹波和噪声。噪声的产品原因有两种，一种是开关电源自身产生的，另一种是外接电磁场的干扰(EMI)，它能通过辐射或者电源线输入开关电源。由于开关电源品种繁多，每个电源制造商都有自己的测量标准。所以示波器带宽选择不一致，或者测试方法不一样都有可能导致测得的结果不同。建议示波器带宽选择20MHz，然后按照图5要求的方法进行测量。

图5  噪声测试标准

4．模块在恶劣环境温度下不能正常工作或者易损坏？
电源是一种电能转换设备，在转换过程中本身需要消耗一些电能，而这些电能则被转化为热量释出，而电子元件工作的稳定性与老化速度是和环境温度息息相关的。因此使用不当会导致模块不能正常工作或者工作一段时间后损坏。

图6  降额曲线

（1）a.温升过高，模块输出电压间歇性震荡，发生过温度保护现象。
b.输出纹波增大或者电源出现鼓包现象。
C.模块损坏。

建议环境温度过高时，需严格按照产品手册中的降额曲线操作，或者选用更大功率的电源模块。
（2）低温下不能正常启动或者启动有尖峰。

建议环境温度较低时，需严格按照产品手册中的降额曲线操作。

5．具有CE标示的产品，是否装机于其他系统内，一定能符合EMC要求?
不一定，一般电源供应器安置在系统的位置、线组的安排与系统接地设计等均会造成某种程度的影响。相同的电源供应器，在不同的使用环境或应用往往会有不同的结果。如果模块不满足EMC要求或者模块与客户的系统相互干扰，建议适当调整模块与敏感器件的距离并采取屏蔽措施，并按照数据手册外接推荐的EMC防护电路。

图7  致远电源模块

6．怎么延长AC-DC开关电源的使用寿命？
一般认为电解电容随着环境温度升高10℃，而寿命缩小一半，而电解电容又是AC-DC开关电源不可缺少的元件，所以可以说电解电容的寿命很大程度决定开关电源的使用寿命。建议选用多30%输出额定功率的模块。例如若系统需要一个15W的电源，则建议挑选不小于20W（例如ZY0JGBxxD-20W）输出额定功率的模块，以此类推可有效延长电源的使用寿命。

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电源模块以高集成度、高可靠性、简化设计等多重优势，受到许多工程师的青睐，但即便使用相同的模块，不同的用法也会导致系统的可靠性大相径庭。使用不当，非但不能发挥模块的优势，还可能降低系统可靠性。

1．两级浪涌防护电路，使用不当适得其反
电源模块体积小，在EMC要求比较高的场合，需要增加额外的浪涌防护电路，以提升系统EMC性能。如图1所示，为提高输入级的浪涌防护能力，在外围增加了压敏电阻和TVS管。但图中的电路（a）、（b）原目的是想实现两级防护，但可能适得其反。如果（a）中MOV2的压敏电压和通流能力比MOV1低，在强干扰场合，MOV2可能无法承受浪涌冲击而提前损坏，导致整个系统瘫痪。同样的，电路（b），由于TVS响应速度比MOV快，往往是MOV未起作用，而TVS过早损坏。

图1  两级浪涌防护

增加一个电感，构成两级防护电路。如电路（c）、（d）所示，串入一个电感，将防护器件分隔成两级，对高频浪涌脉冲，电感具有较大的阻抗，因此首先起作用的是前端的压敏电阻，而后端的压敏和TVS能够进一步吸收残压保护模块。另外，即使是单级防护，增加电感也能起到一定的作用，避免浪涌电压直接加到模块输入端。

2．输出滤波电容过大，导致模块异常
电源模块输出端通常推荐增加一定的滤波电容，但在使用过程中，由于认识不足等原因，使用了过大的输出滤波电容，既增加了成本又降低了系统的稳定性。

图2  容性负载过大

如图2中的电路（a）所示，一个3W的模块，输出使用了2000uF的电容，而通过查阅产品手册了解到，模块建议最大输出电容为800uF。输出电容过大可能导致启动不良，而对于不带短路保护的微功率DC-DC模块，输出电容过大甚至可能导致模块永久损坏。

3．接开关电源芯片，注意启动不良
如图3所示，电源模块的输出电压是逐渐建立的，电路（a）的LM2576没有设计欠压锁定，在VIN电压较低时即开始启动，若OUT负载过重，可能被24V模块误判为短路或容性负载过大，从而导致启动不良。

图3  增加欠压锁定

因此推荐使用电路（b），外置简单的欠压锁定，使24V模块输出电压建立到预置值后再启动LM2576等外接开关电源芯片，可以很大程度上避免启动不良问题。
或者可以使用功率余量更大的电源模块， ON/OFF引脚也可以连接到MCU进行控制。

4．双路模块，注意负载平衡
对于双路输出模块，两路输出对负载的要求不同，这类模块通常只对其中一路进行稳压反馈，另一路通过变压器耦合达到所需的电压。

当稳压主路负载过重辅路过轻时，辅路电压会飘高较多，此时辅路对电压要求严格时，需增加三端稳压器。而当非稳压辅路负载过重主路过轻时，可能出现输出电压不稳定或者辅路电压过低的情况，此时需给主路增加假负载。

致远电子的部分模块是主辅路均稳压的，例如ZY0GD1212DI3-15W就是双12V双稳压输出产品。

5．并联与冗余，不是一回事
当手头有两个相同的模块，而单个的功率不足时，很自然的想到两个模块并联使用，以满足功率要求，但将普通电源模块并联使用提升功率的方法存在极大隐患，输出电压偏高的模块需提供过大的电流而导致模块过功率。

图4  冗余应用

如上图电路（a）所示，负载需5W功率，超出单个模块的带载能力，则其中一个模块可能存在超负荷使用的情况。对于此种应用，需使用单个大于5W功率的模块，比如ZY0JGB12P-10W。而电路（b）则不然，每个模块的功率均能满足负载的需要，此时属于冗余设计。

6．钽电容虽好，放在电源输入输出需谨慎
钽二氧化锰电容比较容易击穿短路，抗浪涌能力差，开机时或外部供电接入时，很可能形成较大的浪涌电流或电压，造成钽电容的烧毁短路或过压击穿，在未做严格评估的情况下，建议使用陶瓷电容或电解电容。

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