电源模块是什么？电源模块的失效原因是什么？
发布时间：2022-10-08 09:38:52
电源模块筛选项目之电性能检测
电源模块是什么？
电源模块被称为电路中的能源供应站。它通过对电压的转换，把所需要的电流转换成用户所需要的直流电或交流电。
通过电源模块可以为相关系统中的仪表或控制设备提供稳定的交、直流电源输出。而稳定的电流可以为电路带来着隔离、保护、电压变换、稳压、降噪等作用。
电源模块的组成部分主要有电解电容、光电耦合器、印制电路板、半导体器件、开关变压器、电位器、熔断器等。模块式的结构带来适配性高、可靠性高、功率高、易于维护及应用广泛的优点。
由于模块式结构的优点甚多，因此模块电源广泛用于通信领域和汽车电子、航空航天等领域。
图1 电源模块
电源模块的失效
电源模块的失效通常是因为内部和外部某种因素导致其内部组成元器件降级发生的。
内部因素主要是生产材料、板卡设计、组装和包装的设计不合规或应用不合规导致。
外部因素主要有过电应力、静电放电与过载等。而最常见的外部因素是当使用温度较高时，电源模块容易老化降级，从而引致失效并容易带来严重的后果。
电源模块常见失效模式主要有以下几种：
失效模式 | 可能原因 |
| 开路 | 不同阶段的电源模块产品有不同原因：
新电源模块开路失效常见原因之一是制造过程焊点缺陷，连接不牢；
使用过程开路失效的常见原因一般是振动导致电连接失效，或者是因为内部组成的元器件降级发生的。 |
| 短路 | 电源模块发生短路故障时会对内部组成元器件造成损坏，从而损坏电源模块。
瞬时电压过高，元器件老化-绝缘介质流失都有可能导致电源模块短路。 |
| 输出值不稳定 | 输出值不稳定在一定程度暗示了电源模块内部某些元器件出现了老化降级或损坏，如电容、三极管等降级情况或者电压调整器损坏。 |
| 输出偏高 | 电源模块输出偏高的原因有内部组成的电容器、二极管老化降级、一个或多个整流二极管开路、变压器初级线圈匝间短路等。 |
| 输出 | 当电源所带负载超出自身的带载能力，会出现电源输出偏低现象。 |
| 偏低 | 元器件老化也会导致电源模块输出偏低，原因有稳压二极管老化，变压器次级线圈匝间短路等。 |
| 纹波 | 当电源模块输出超差，并伴有较高幅值工频或倍频纹波时，说明主滤波电容已老化失效。 |
| 过高 | 当电源模块输出超差，并伴有开关频率的纹波时，说明滤波电容或稳压电路的元件出现老化失效。 |
以上任何原因都可能导致电源模块整体失效，从而导致整个电路的不稳定或失效，在生活或生产中造成重大损失。
对电源模块进行筛选，能够剔除前期老化失效的电源模块。因此，在交付使用前筛选出合格的电源模块产品就显得极为重要。
通常对电源模块做以下常规电参数测试用来评估电源模块的性能好坏：
输出精度测试
测试条件：在规定的输入条件下，分别测量空载和满载情况的输出电压，评估电源模块的输出满足负载电路的输入要求。
纹波测试
测试条件：在规定的输入条件下，测量满载时的输出纹波。
为测试纹波时电源模块输出的交流分量，在测量开关电源的纹波时，我们应该将探头放置在电源模块输出电容处，用尽可能小的环路来避免耦合的噪声过大，导致实际测量的纹波过大。
同时，由于开关电源的纹波频率与自身开关频率基本一致，一般开关电源的开关频率在几百kHz，因此我们常用20MHz的带宽条件下测量电源纹波。
效率测试
测试条件：在不同的输入条件下，测量不同负载条件的电源效率η。
其计算公式为：η=输出功率÷输入功率
电源模块的效率主要用来对比性能，评估系统的负荷，是否考虑散热措施等等。
动态响应测试
电源模块的动态响应反映出负载电流的变化对输出电压的影响。
测试条件：在规定的输入条件下，调整负载电流从Io1阶跃变化到Io2，测量不同负载条件下的输出电压值（Uo1,Uo2），从而计算出俩负载条件下的负载调整率，并且测量出输出电压值从Uo1变化到Uo2的瞬态反应时间。
过流保护测试（短路保护）
测试条件：在规定的输入条件下，增大输出电流，直到检测到电源输出突然关断，此时的输出电流值，即为该电源模块的输出过流保护。
图2 Chroma 8000 电源模块测试系统
图3 测试界面