基于三溫測試環境的電源模塊老煉板設計

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

電源模塊廣泛應用于自動化設備、儀器儀表、航天等領域，涉及到國民經濟的各行各業。電源模塊的工作穩定性受到越來越多的關注，在其使用之前的測試是保證電源模塊工作穩定的重要環節。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下且工作一段時間，之后再對電源模塊的某些參數或者全部參數指標進行測試。從定義可以明確老煉板使用的兩大特點：第一，需要根據電源模塊自身特點設計相應的電路板；第二，要將電源模塊應用于極端工作環境中，使其工作一段時間[1]。

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

2 老煉板的設計

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定。

而電源模塊工作時，都需要連接外設電路才能工作。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定性，需要在電源模塊工作時，讓其連接對應的電阻，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中會受到溫度影響而產生阻值變化，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[2]。整個老煉板系統框圖如圖1 所示。

圖1 老煉板硬件系統框圖

2.1 電路工作板的設計

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束后測試即可。圖2 所示即為一款以LM47362 電源模塊來實現的老化電路工作板的PCB 圖[3]。

圖2 電路工作板部分PCB 圖

電路工作板在設計時要注意除了輸入電源之外，還要預留輸入電源的補償端口，因為由于電源誤差及所連接的導線干擾等因素，電源設備所顯示的電源示數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的輸出電容及補償預留端，其電容的計算公式為：

為保證老煉板的高效性，根據高低溫箱及電源模塊的尺寸，所設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線。

圖3 電路工作板完整PCB 圖

2.2 電阻負載板的設計

進行測試時，電路工作板置于特定環境室內，而負載板離環境源有一定距離，處于常溫環境中。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的變化。電阻值根據電源模塊極限工作狀態來確定，但在實際操作過程中，經常會出現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、并聯的方式來獲得符合條件的阻值。制作完畢后，再使用相關設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[5]。

由于電阻工作時會處于功率較大的狀態中，為避免大功率運行產生的熱量導致電阻阻值變化，在工作時，應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熱膠水，粘貼在金屬板上，目的是使電阻熱量傳輸到表面積更大的金屬板當中，使散熱效果更好[6]。

3 測試前注意事項

基于上述討論，可將老煉板在承擔測試任務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間，按最大值設計電流，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，這樣電阻工作時產生的熱量能更快散發出去，對電阻阻值的穩定性起到重要作用，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線較長、較多，因此在計算回路總電阻時，需要把導線電阻計算在內，這樣就能夠更加貼近電源模塊的老煉要求[9]。

4 結 束 語

以LM47362 電源模塊老煉板系統設計為例，簡要介紹了電源模塊老煉板的設計方法，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，其設計制造也將變得更加復雜。透徹了解和把握老煉板設計過程，不但有助于改善電源模塊的質量，而且對提升電源模塊整體設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計流程也不盡相同，但只要遵守其共同的大原則和大致設計思路，必能應對復雜的應用條件，完成設計目標。