你所不知道的金升阳R2代产品

    序言

    随着当今电子技术的不断发展，电子系统产品从仅仅追求低价格、小体积、高性能逐步进化到高效节能、高可靠性、高性价比、良好的交期保证等综合指标，仅仅拥有产品的技术研发能力已经不能满足市场需求，还需具有技术创新能力、可靠性体系工程、生产规模和高工艺水平制造平台。而电源作为电子系统中的心脏器件，如果“心脏”停止跳动，可能导致其供电的系统崩溃甚至会因为失效扩散致使整个系统崩溃，因此电源除了上述电子系统产品的共性要求外，还需增加极低的不良率和失效效果不扩散两个要求。

    1、定压电源失效的真正原因

    用到RS485和CAN通信以及运放的地方必然会用到这样一类电源模块：1-2W固定电压输入的电源模块，此类电源模块大多采用成熟的推挽（Royer）电路实现，具有电路拓扑简单成熟、可生产性强的特点，因此部分家庭作坊式企业在制作此类电源模块，并以极低的价格出售。这样的电源模块看起来采购成本非常低廉，但是单一产品的价格已经不能表征产品真正的成本，低可靠性的产品容易出现损坏，派遣工程师去现场处理的费用成本以及客户的信任危机成本将远远超过电源模块使用者的预期。因此，极低的不良率是很多高端客户潜在且必要的需求。

    另一方面，目前常见的1-2W定压电源模块应用现场往往会出现轻负载效率低下、输出容性负载接的过大或者是偶发性的输出短路而导致产品的失效，更糟糕的是其失效模式却大多是输入端开关管被击穿所导致的输入短路，电源模块的输入端口短路将导致整个系统的前级电源的电压被拉低，从而导致整个系统崩溃，更严重的是如果前级电源的供电能力很强，过流保护点过大的话定压产品的失效往往导致整个PCB板烧毁乃至于引发火灾等严重问题，所以Royer电路的固有缺陷越来越无法适应现在系统对高可靠性的要求。

    那么解决轻负载效率低下、输出容性负载过大和输出短路的失效扩散的方法到底在哪里呢？

    2、谁说鱼和熊掌不可以兼得？

    如何既能保持高效转换又能实现输出短路保护以及提高电源模块的长期可靠性成为了1-2W定压电源模块的行业难题。

    金升阳，作为微功率模块电源领域领导企业，其在微功率电源技术上的研究一直处于国际领先地位。尽管是已经是行业翘楚，但金升阳在产品开发上同样遇到了上述的行业难题。为了彻底解决1-2W的定压电源模块的这些固有问题，金升阳投入了大量的研发人力，创造性的提出了六大专利技术，从根本上解决了Royer电路存在的无输出短路保护、轻负载条件下效率低、长期空载易失效、容性负载能力差、高低温特性不佳、隔离电容偏大等固有的技术难题，同时，我们R2代产品是国内唯一经过系统可靠性工程改造的定压产品，采取了DFMEA和PFMEA措施，从失效机理层面、器件层面、制造工艺层面到客户应用层面的全面可靠性改进与提升，并从元器件特性优化、PCB布板优化、生产工艺改进、质量管控等方面投入大量人力物力，全面提升产品性能及质量。产品的理论失效率从第一代电源模块300ppm的不良率降低到现在R2代产品的30ppm，大大降低了客户的使用成本，提高客户系统的可靠性。目前，金升阳定电压R2代电源模块产品是全球唯一的同时具有长期输出短路保护、全负载范围高效率、优良的EMI特性、低纹波噪声、优异的高低温特性的产品，金升阳将全球的定电压产品的技术水平提升到了一个全新的境界。

    3、9大核心卖点奠定绝对优势

    通过一系列系统的可靠性工程改造，金升阳定压R2代产品的整体性能相对于上一代产品的有了很大的提升，这里以金升阳的三代产品B0505LS-1WR2、B0505LS-1WR、B0505LS-1W为例展开对比，具体见表1：

    表1 定压R2代产品与一代产品的优势对比

    从表1可直观看出，金升阳的R2代产品不但实现了长期短路保护，在各关键性能上都有突破性的提升。

    1）高效

    在目前采用常规的Royer电路实现的电源模块产品，在轻负载条件下转换效率极低。但是在电源模块的实际应用中，如果电源模块长期工作于轻负载条件下，由于转换效率低而有可能导致电源模块产品的失效，更为严重的是造成整个系统的崩溃。金升阳的R2代产品，在原有一代产品的基础上进行创新性的升级改良，产品效率得到极大地提高，特别是在轻负载条件下，其R2代产品的转换效率更是达到原来产品的2倍，以金升阳的第一代B0505LS-1W、B0505LS-1WR和R2代电源模块B0505LS-1WR2代产品为例，图1为其产品效率曲线对比图：

图1 R2代产品效率对比曲线图

    从上图中可看出，在满载条件下，R2代产品的转换效率比原来产品提升近10%左右，但在轻负载(5%Load)条件下，其效率从原来的22%提升到了40%左右，更加有效的保证产品在系统中长期工作于轻负载条件下的可靠性。

    2）高温度特性

    得益于其效率的提升、高工艺水平和采用国际知名的原材料品牌，完成ESD、MSD、焊接可靠性和精益生产等项目的可靠性整改，极大地提升产品的稳定性及可靠性，其工作环境温度范围更是达到了军标要求的-40℃-105℃，极大地降低了应用现场高温失效的几率，而及金升阳的一代产品只能满足-40℃-85℃的工作温度要求，在高温环境下容易造成产品的失效，严重限制了客户整个系统的设计以及应用要求。图2为其工作温度曲线图。

图2 定压产品工作温度曲线

    从图2可看出，在金升阳一代产品的工作温度在达到105℃时是不能正常使用，不能满足于对工作环境要求比较高的系统，而金升阳的R2代产品能很好的解决该问题，从系统的应用环境到可靠性都得到了极大地保障。

    3）长期短路保护

    具有长期输出短路保护功能的电源模块产品是满足整个系统可靠性的重要指标，但是常规的Royer电路不具备这样的特性，当出现输出短路时，电源模块的输入开关管就会被击穿而造成输入短路，引起前级电源的崩溃，更为严重的可能会因为前级电源无过流保护或者过流保护点过高而发生火灾等严重问题。

    为了解决定压产品的输出短路保护问题，行业内比较常用的方法是利用变压器绕组分离的技术实现长期输出短路保护功能，但采用这种方式带来的后果是大大减低了产品的转换效率、牺牲产品纹波噪声特性的同时提高了成本。

    而应用了金升阳自己发明的专利技术，金升阳的R2代产品不但能实现长期输出短路保护功能，同时也满足全负载范围高效率的要求。

    4）高容性负载

    在电子系统中，有些特殊器件本身会带有很大的容抗，且为了降低电源模块的纹波噪声往往在输出端要采用外加大电容进行滤波，这就要求电源模块必须拥有较高容性负载的能力。但是常规采用Royer电路设计的定压电源模块，其容性负载的能力很弱，一般情况下只能实现10uF左右的容性负载能力，如果输出端电容过大或者采用钽电容进行滤波时可能会造成产品启动问题甚至会造成产品的直接失效。且大多系统设计人员只关注了模块在常温下的容性负载能力，而实际应用时温度范围至少需要低到-40℃，因此整机在低温下的容性负载能力是更值得大家关注的可靠性问题。

    金升阳R2代产品不但实现了长期短路保护的功能，保证在钽电容进行滤波时保证电源模块本身的安全，其容性负载能力达到上百微法的等级要求，极大地提高了系统受电源模块容性负载能力的影响，放宽了后级电容选择的要求。

    5）稳定的轻负载特性

    目前，系统设计人员为了实现高可靠性的要求，在电源模块的使用上都会采取较大的功率降额，这就要求电源模块能满足在轻负载条件下的稳定可靠性要求，但是行业内采用常规的Royer电路实现的定压电源模块，在轻负载条件下其转换效率低、导致轻载损耗大，产品温升高，对于多模块使用的场合或密闭场合可能导致相对较高的失效率，完全无法满足高可靠性要求的应用要求。

    金升阳的R2代产品从电路到工艺的升级，保证产品在轻负载条件下的效率、稳定可靠性，让客户真正的体验高可靠性产品带来的便捷。

    6）低隔离电容

    在电源设计特别是采用常规Royer电路实现的电源模块产品中，为了实现低的高频开关噪声，往往在初次级间采用大容量的Y电容，且常规变压器的绕组间也存在较大的层间电容，这就造成了电源模块本身的隔离电容过大。但是在电子系统中，由于电源模块的隔离电容问题引起系统工作的抗共模干扰能力大大下降，异常问题频繁出现。

    为了实现低的隔离电容，金升阳的R2代产品从变压器的设计、EMI的设计等方面入手，不需要过大的初次级间外加Y电容而降低产品本身因高频开关而带来的高频噪声，实现了极低的隔离电容，为系统有效地抗共模干扰提供更可靠的保证。

    7）EMI & EMC特性

    EMC性能是电子系统正常、安全工作的保证，目前对电子行业对产品的EMC都提出了很高的要求，而电源模块作为电子系统的核心部件，电源模块的EMC性能直接影响到整个系统的性能，所以高的EMC特性是电源模块产品设计的关键问题，但是在定压电源模块中，由于受到体积、成本的限制，行业内的产品以及金升阳原有一代产品的EMC特性都不尽人意，这严重影响了电子系统的整体性能。系统设计人员需要在电源模块的前后级外加过多的EMC器件才能实现基本的EMC要求，以金升阳一代产品为例，必须要加复杂的外围电路产品才能满足CLASS B的EMI要求，对静电也只满足4KV的测试要求。

    为了实现高EMI性能要求，金升阳对R2代产品的EMI特性作了全面的升级改良，在加少量外围器件（输入端采用Π型滤波）后能实现CLASS B的EMI等级要求，其静电等级也能到达8KV的标准，极大地提升了产品的EMI & EMC特性。图3为加少量外围电路后其传导测试结果。

图3 定压R2代产品EMI测试波形

    8)良好的组装体验

    金升阳的一代产品，是采用与业内相似的塑胶外壳灌封工艺而实现的产品封装，这类产品的工艺难点在于引脚与外壳的距离精度较差，当进行大规模自动化作业时，由于引脚间距的精度问题而带来的生产维修成本将大大增加，给客户的生产造成额外经济损失。

    以金升阳B0505LS-1WR2代产品为例，该产品采用业内先进的塑封工艺技术，大大缩短产品生产周期、保证引脚与外壳的高间距精度，完全可以满足机械插件自动化生产工艺的要求，对客户的批量生产带来极大地便利性，降低了客户的组装成本。

    9）完整的体系保证

    金升阳是目前国内唯一通过TS16949汽车产品认证的电源模块企业。TS16949与ISO9001标准相比，更加关注于过程管控及FMEA分析。目前金升阳不仅拥有汽车级专用电源模块，而且将汽车产品认证的质量管理要求逐步延伸到R2代产品的开发及生产中，更加有效的保证了R2代电源模块产品的可靠与稳定性。

    目前，金升阳的研发体系集合了IPD产品开发规范、ISO9001产品开发要求、TS16949对于设计管控的要求、可靠性平台的要求、全过程的目标成本管理，打造了具体金升阳特色的研发管理体系，为打造精品产品，提供了令人信赖的体系保证。

    3、总结

    通过不断的技术研究以及生产工艺改良，金升阳的R2代产品从基本电气性能到可靠性都得到了极大地提升，在升级过程中产生大量的专利，同时因为工艺的改良和生产规模的扩大、相继引进了PCB自动贴片设备，变压器自动绕线设备、成品的自动测试设备、自动打标设备等，降低了人工成本以及制造成本，保证了产品的高性价比。金升阳的R2代电源模块以绝对的优势领先于其他同类电源模块产品，作为民族企业在海外与国际知名品牌一较高低，成为世界级的优秀电源品牌企业,特别是在定电压电源模块产品上所带来的技术革新，推动了行业技术向前迈出了一大步，实现了对Royer电路的革命性升级，为电源模块行业的发展做出了不可磨灭的贡献。<