基于三溫測試環(huán)境的電源模塊老煉板設(shè)計

王禹輝

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110000）

1 引 言

電源模塊廣泛應(yīng)用于自動化設(shè)備、儀器儀表、航天等領(lǐng)域，涉及到國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。電源模塊的工作穩(wěn)定性受到越來越多的關(guān)注，在其使用之前的測試是保證電源模塊工作穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。老煉板的作用是通過使被測試電源模塊處于極限工作狀態(tài)下且工作一段時間，之后再對電源模塊的某些參數(shù)或者全部參數(shù)指標進行測試。從定義可以明確老煉板使用的兩大特點：第一，需要根據(jù)電源模塊自身特點設(shè)計相應(yīng)的電路板；第二，要將電源模塊應(yīng)用于極端工作環(huán)境中，使其工作一段時間[1]。

老煉板的設(shè)計是根據(jù)待測電源模塊的極限工作狀態(tài)來進行的。電源模塊在極限工作狀態(tài)下工作一段時間之后，再通過該電源模塊對應(yīng)的測試板立刻對其電流、功能等各項參數(shù)進行測試，對比發(fā)生變化的參數(shù)。如果各項參數(shù)均較為穩(wěn)定且變化范圍在誤差允許范圍之內(nèi)，說明該電源模塊的工作穩(wěn)定性較強，老煉的意義從而得以體現(xiàn)。

2 老煉板的設(shè)計

老煉板分為兩個部分，分別是電路工作板和電阻負載板。電路工作板和電阻負載板通過導(dǎo)線連接在一起。老煉板拆分成這兩個部分的原因在于，在電源模塊進行工作時，為了模擬電源模塊工作的極端工作環(huán)境，需要將電源模塊放置在高溫或者低溫箱中，在人造極端工作環(huán)境中運行一段時間，之后再對電源模塊進行高溫及低溫測試，進而能有效對比出電源模塊的各項指標是否穩(wěn)定。

而電源模塊工作時，都需要連接外設(shè)電路才能工作。為了能夠使電源模塊的工作達到極限功率來判斷電源模塊工作的穩(wěn)定性，需要在電源模塊工作時，讓其連接對應(yīng)的電阻，使其達到極限功率。由于電源模塊工作時功率較大，電阻在大功率工作狀態(tài)中會受到溫度影響而產(chǎn)生阻值變化，從而需要把電阻放置在散熱比較好的位置，使其盡量保持常溫狀態(tài)[2]。整個老煉板系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 老煉板硬件系統(tǒng)框圖

2.1 電路工作板的設(shè)計

電路工作板用于搭載待測電源模塊，確保電源接通后電源模塊能夠進行工作。電路工作板的設(shè)計是由待測電源模塊的待測項來決定的。部分電源模塊需要在其工作過程中進行測試，而另一部分電源模塊只需在老化結(jié)束后測試即可。圖2 所示即為一款以LM47362 電源模塊來實現(xiàn)的老化電路工作板的PCB 圖[3]。

圖2 電路工作板部分PCB 圖

電路工作板在設(shè)計時要注意除了輸入電源之外，還要預(yù)留輸入電源的補償端口，因為由于電源誤差及所連接的導(dǎo)線干擾等因素，電源設(shè)備所顯示的電源示數(shù)未必是實際供給到電源模塊的真實電源，因此需要電源補償端，也就是電路工作板PCB圖中的兩個“VIN+”；電容Cin的作用是保證輸入進來的直流電源更加穩(wěn)定，過濾掉雜波；測試點TVIN的功能是測量實際輸入到電源模塊的電壓是否符合要求；測試點SVIN 是用來測量電源模塊的紋波，不可隨意放置，而是要盡可能離電源模塊的電源輸入端越近越好，以保證紋波測試的準確性。

同理，在電源模塊的輸出端也需要有相應(yīng)的輸出電容及補償預(yù)留端，其電容的計算公式為：

為保證老煉板的高效性，根據(jù)高低溫箱及電源模塊的尺寸，所設(shè)計的電路工作板需要盡可能多地供多個電源模塊同時工作。圖3 是完整的LM47362電源模塊PCB 圖。其中需特別注意的是，由于多個電源模塊同時工作，電源總電流會比較大，因此電路工作板中的電源總線需要按照“電流＝線寬×0.15”的關(guān)系得出所需電源總線的寬度。若所需電流過大，總線寬度無法達到要求，則可采用深層挖空的方式，并以大量焊錫替代導(dǎo)線。

圖3 電路工作板完整PCB 圖

2.2 電阻負載板的設(shè)計

進行測試時，電路工作板置于特定環(huán)境室內(nèi)，而負載板離環(huán)境源有一定距離，處于常溫環(huán)境中。負載板均為人工手工制作，實物圖如圖4 所示[4]。

圖4 電阻負載板實物圖

負載板的作用是用于控制電源模塊在工作時的電流以及功能等參數(shù)的變化。電阻值根據(jù)電源模塊極限工作狀態(tài)來確定，但在實際操作過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)所需阻值的電阻在市面上無法購得的情況，這時就要通過計算，采用串、并聯(lián)的方式來獲得符合條件的阻值。制作完畢后，再使用相關(guān)設(shè)備儀器對所制作的負載板進行檢查驗證，觀察制作的電阻阻值是否處在所需要的誤差范圍之內(nèi)[5]。

由于電阻工作時會處于功率較大的狀態(tài)中，為避免大功率運行產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致電阻阻值變化，在工作時，應(yīng)盡可能選擇能夠使電阻更好散熱的方式來進行分布，比如電阻之間需要有一定的間距；或是為了使電阻更好釋放熱量而在其背部涂抹導(dǎo)熱膠水，粘貼在金屬板上，目的是使電阻熱量傳輸?shù)奖砻娣e更大的金屬板當中，使散熱效果更好[6]。

3 測試前注意事項

基于上述討論，可將老煉板在承擔(dān)測試任務(wù)之前所需注意的要點歸納如下：

①由于電源模塊一般電流較大，因此在設(shè)計電路板時一定要計算出準確的電流大小以及給出一定的誤差區(qū)間，按最大值設(shè)計電流，以免多個模塊同時工作時燒毀電路板[7]。

②電阻負載板的負載電阻一定要進行測試，因為真實電阻會有一定的誤差，測試后的實際情況可能會與電阻標注值差距較大。在固定電阻時一定要涂抹散熱膠，這樣電阻工作時產(chǎn)生的熱量能更快散發(fā)出去，對電阻阻值的穩(wěn)定性起到重要作用，在很大程度上避免電阻工作時隨著工作時間的增加而導(dǎo)致自身阻值逐漸增加而影響到老化效果[8]。

③由于實際工作時電路工作板和電阻負載板之間保持一定的距離，并且工作時整個電路的導(dǎo)線較長、較多，因此在計算回路總電阻時，需要把導(dǎo)線電阻計算在內(nèi)，這樣就能夠更加貼近電源模塊的老煉要求[9]。

4 結(jié) 束 語

以LM47362 電源模塊老煉板系統(tǒng)設(shè)計為例，簡要介紹了電源模塊老煉板的設(shè)計方法，并分析測試過程中的注意事項，對電源模塊老煉板設(shè)計提供了較為全面的借鑒。隨著科技與制造水平越來越高，電源模塊的功能也將越來越強大，其設(shè)計制造也將變得更加復(fù)雜。透徹了解和把握老煉板設(shè)計過程，不但有助于改善電源模塊的質(zhì)量，而且對提升電源模塊整體設(shè)計及制造水平提供保障與助益。不同的電源模塊具有不同特點，因此老煉板的具體設(shè)計流程也不盡相同，但只要遵守其共同的大原則和大致設(shè)計思路，必能應(yīng)對復(fù)雜的應(yīng)用條件，完成設(shè)計目標。