1. DC_DC电源模块在电力行业中的作用？

       DC-DC隔离模块电源主要应用于电力分布式电源系统中，用以对电源系统实现隔离降噪、电压转换、稳压和保护功能。简要介绍如下：

       其一，模块电源采用隔离式设计，可以有效的隔离来自一次侧设备带来的共模干扰对控制系统的影响，使负载能够稳定的工作。电力行业主网由于负载众多，相互的干扰易导致控制系统的工作紊乱，良好的隔离设计可以解决大部分应用难题。

       其二，不同的负载需要不同的供电电压，例如控制IC需要5V、3.3V、1.8V等；信号采集用的运放则需要±15V；继电器则需要12V，24V。而母线电压多为24V，因此需要进行电压转换。

       其三，母线电压在长距离传输过程中会存在线损，故到PCB板级时电压可能较低，而负载需要稳定的电压，因此需要宽压输入，稳压输出。

       其四，电源需要在异常情况下，保护系统的负载和本身不坏。

       那么，如何选择DC-DC模块电源？

2. 电力行业如何选择高可靠性的DC-DC模块电源

       电力行业由于电网的复杂性，其对于DC_DC电源的需求也呈现多样性，下面简要介绍几个选型要点：

2.1 低空载功耗

       电力行业某些监控设备只有在异常时动作，并需要较大功率，其正常工作时长期处于待机状态，例如FTU、抗晃电模块等。此类系统大多采用蓄电池做为备用电源，如果DC_DC模块电源空载功耗过高则会导致蓄电池续航时间不长、过早损坏等问题。例如在某抗晃电模块项目中，当电网出现失压时，电源模块需要在1.5秒内提供约20W功率给继电器供电，但是大部分时间，继电器不动作，系统接近空载。 此时，蓄电池的能量都被DC/DC消耗掉，电源空载功耗越大，电池续航时间越短。为了延长电池的续航时间，要求电源的空载功耗不得高0.3W，而市面上20W电源的空载功耗一般在0.5W-1.5W左右。 金升阳URB2424LD-20WR3采用变频技术，空载功耗约0.12W，满足了应用需求。

2.2全负载范围内高效率

       如上文所述，电力行业很多设备长时间处于轻载甚至空载状态下，所以实现全负载范围内的高效率对于电源系统可靠性来说意义重大，但这点却往往被大部分电源厂商忽略，很多厂商为了让技术参数更有吸引力，常常将满载效率做到很高，但在5%-50%的轻负载情况下效率较低，这会导致电源模块实际工作温升偏高，导致一系列热设计问题。其实对于电源系统来说，全范围高效率意味着更低的功率损失和温升，可以有效提高系统可靠性，因此在电源选型时需要特别注意其在空载和轻负载条件下对应的效率曲线。

       令人欣慰的是现在越来越多的电源厂商关注到了全负载范围内高效率的重要性，以广州金升阳科技的10W DC-DC模块电源URB2405YMD-10WR3为例，其在额定电压24V输入时轻载5%的效率（黑色线）比主流行业水平（红色线）高出16%，如图1所示。

2.3 高隔离电压、低隔离电容

       一般工控行业DC-DC电源模块的隔离电压只需要1500VDC就可以了，但是电力行业的控制系统一般选择的耐压在3000VDC及以上的电源模块，以确保控制系统不受外界影响。

       如是电力电子产品还需要注意原边和次级之间尽量少寄生电容，即要求选择尽量低隔离电容的电源模块，用以降低共模干扰对系统的影响。一般而言，驱动器供电的1-2W非稳压开环 DC_DC建议选取隔离电容低于10pF的，而闭环设计的DC-DC则尽量选取隔离电容低于150pF的。

2.4 快速启机

       某些电力应用场合对于电源模块的启动时序有严格要求，我们曾经处理过一个案例。   客户在其电力控制柜项目中需要用到±15V，10W（信号采集）和12V，10W（控制器供电）两款电源，采购某品牌电源，系统一直通讯不良，且一直未找到问题所在。最后客户寻求金升阳公司FAE支持，经分析这两只电源启动延迟时间分别为370ms、350mS，因为通信系统先于控制系统上电导致通信系统工作紊乱，症结在于控制系统供电的电源模块上电时间过慢导致。换用金升阳URA2415YMD-10WR3、URB2412YMD-10WR3，启动时间在20ms左右，即解决了客户问题。 

2.5 EMC特性

       EMC性能是电子系统正常、安全工作的保证，目前电子行业对产品的EMC性能都提出了很高的要求，因EMC处理不好导致系统的复位重启甚至是早期失效，因此优良的EMC特性可以提升电力产品的竞争力。

       金升阳R3系列宽压DC_DC电源模块内置滤波器，EMI传导骚扰和传导辐射裸机Class A，全系列提供满足Class B外围电路。而国际主流同行水平在EMI方面仅传导骚扰过class A或者需要客户额外加电容、电感才能通过class A。

2.6 极限温度特性

       电力行业产品应用的地理区域非常宽广，有处于热带的海南的酷暑也有东北冬天的严寒，而且大部分产品处于室外环境。因此要求DC-DC模块电源的工作温度范围至少为-40℃~+85℃，也有做到更好的，例如金升阳定压R2系列1-2W工作温度可以做到-40℃~+105℃。

       极限温度试验是最能检验电源模块可靠性的方法，例如高温老化、高温&低温带电工作性能测试、高低温循环冲击试验和长时间高温高湿测试等。正规的电源开发都会经过以上测试。做这些可靠性测试可以为选型提供重要参考。 

       以上为电源模块选型提供了几点建议，当然选择了一款电源还远远不够，还需要注意电源模块的系统应用设计。

3. 如何做电源系统应用设计？

       电源本身的可靠性固然重要，但是实际上，由于电源系统工作环境的复杂性，再可靠的电源如果没有可靠的系统应用设计，最终电源还是会失效。下面介绍几种常见的电源系统应用设计的方法和注意事项。

3.1冗余设计技巧

       在可靠性要求高的场合，要求电源模块即使损坏，系统也不能断电。此时，可以采取冗余供电的方式来提升系统的可靠性，当一个电源模块损坏时，另外一个模块可以继续供电。图4为其中一种常见的冗余设计方案。

       注意事项：D1、D2建议使用低压降的肖特基二极管，以避免二极管的压降影响后端系统的工作，并注意选取二极管的耐压值要高于输出电压。这种方法会产生额外的纹波噪声，需外接电容来减小纹波或是加滤波电路。

3.2降额设计

       众所周知，降额设计可以有效提高电源工作寿命，但是负载过轻使用，电源的性能又无法工作在最佳状态。 例如， DC_DC模块电源一般建议在30%~80%负载范围内使用，此时各方面性能表现最佳。

3.3合理外围防护设计

       电源模块应用行业非常多，应用的环境要求也不近相同，因为其通用性设计，DC-DC模块电源仅能满足通用共性需求。因此当客户的应用环境要求苛刻时，需要加适当的外围电路来提升电源的可靠性。

       以广州金升阳科技有限公司的20W DC-DC电源URB24XXLD-20WR3为例，单独模块只能通过EN50155 1.4倍输入电压Vin的1S测试，但因为体积原因没有办法通过RIA12的标准，通过添加外围电路（也可以选择金升阳EMC辅助器FC-AX3D），就能通过RIA12要求的3.5Vin/20mS的等测试要求，就能被允许应用于有RIA12要求的铁路产品供电场合。

       因此，合理的外围电路设计可以使模块满足更高等级的技术规格，使之适应更恶劣的应用环境，提升电源模块的可靠性。

3.4散热设计

       工业级的电源模块的损坏大约有15%是因为散热不良导致的，电源模块是朝着小型化和集成化方向发展，但是很多应用场合电源是处于密闭的环境中连续工作的，如果积热无法散出去，电源内部的器件可能因为超过热应力而损坏。通常的散热方式有自然风冷、散热片散热和加强制性散热风扇等。热设计的几点经验分享如下：

（1）电源模块的对流通风
       对于依靠自然对流和热辐射来散热的电源模块，周围环境一定要便于对流通风，且周围无大器件遮挡，便于空气流通。

（2）发热器件的放置
       如果系统中拥有多个发热源例如多个电源模块，相互之间应尽量远离，避免相互之间热辐射传递导致电源模块过热。        

                      
（3）合理的PCB板设计
       PCB板提供了一种散热途径，在设计时就要多考虑散热途径。例如加大主回路的铜皮面积，降低PCB板上元器件的密度等，改善模块的散热面积和散热通道，例如电源模块应尽量垂直放置如5所示，可以使热量尽快向上散发；如果将DC-DC模块放在PCB的底部，则向上散发的热量会被PCB阻挡，导致产品积热无法散发出去。

（4）更大封装尺寸和散热面积
       同样功率的电源，如果可能尽量选择尺寸更大的封装和散热面更大的散热器，或者使用导热胶将电源模块外壳与机壳连接。这样电源模块拥有更大的散热面积，散热会更快，内部的温度会更低，电源的可靠性自然也就越高。

3.5匹配性设计、安规设计

       电源的输入走线尽量保持直线，避免形成环路天线吸引外界辐射干扰。同时输入线和输出线需要按照UL60950的安规要求保持合适的间距，避免耐压失效。再者，电源底板下禁止布线，特别是信号线，电源变压器的电磁线会对信号形成干扰。

       另外需注意的是，关注一次电源和二次电源之间，以及电源与系统工作频率的倍频错开，避开相互之间的系统匹配性问题。