基于三温测试环境的电源模块老炼板设计

王禹辉

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110000）

1 引 言

电源模块广泛应用于自动化设备、仪器仪表、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。电源模块的工作稳定性受到越来越多的关注，在其使用之前的测试是保证电源模块工作稳定的重要环节。老炼板的作用是通过使被测试电源模块处于极限工作状态下且工作一段时间，之后再对电源模块的某些参数或者全部参数指标进行测试。从定义可以明确老炼板使用的两大特点：第一，需要根据电源模块自身特点设计相应的电路板；第二，要将电源模块应用于极端工作环境中，使其工作一段时间[1]。

老炼板的设计是根据待测电源模块的极限工作状态来进行的。电源模块在极限工作状态下工作一段时间之后，再通过该电源模块对应的测试板立刻对其电流、功能等各项参数进行测试，对比发生变化的参数。如果各项参数均较为稳定且变化范围在误差允许范围之内，说明该电源模块的工作稳定性较强，老炼的意义从而得以体现。

2 老炼板的设计

老炼板分为两个部分，分别是电路工作板和电阻负载板。电路工作板和电阻负载板通过导线连接在一起。老炼板拆分成这两个部分的原因在于，在电源模块进行工作时，为了模拟电源模块工作的极端工作环境，需要将电源模块放置在高温或者低温箱中，在人造极端工作环境中运行一段时间，之后再对电源模块进行高温及低温测试，进而能有效对比出电源模块的各项指标是否稳定。

而电源模块工作时，都需要连接外设电路才能工作。为了能够使电源模块的工作达到极限功率来判断电源模块工作的稳定性，需要在电源模块工作时，让其连接对应的电阻，使其达到极限功率。由于电源模块工作时功率较大，电阻在大功率工作状态中会受到温度影响而产生阻值变化，从而需要把电阻放置在散热比较好的位置，使其尽量保持常温状态[2]。整个老炼板系统框图如图1 所示。

图1 老炼板硬件系统框图

2.1 电路工作板的设计

电路工作板用于搭载待测电源模块，确保电源接通后电源模块能够进行工作。电路工作板的设计是由待测电源模块的待测项来决定的。部分电源模块需要在其工作过程中进行测试，而另一部分电源模块只需在老化结束后测试即可。图2 所示即为一款以LM47362 电源模块来实现的老化电路工作板的PCB 图[3]。

图2 电路工作板部分PCB 图

电路工作板在设计时要注意除了输入电源之外，还要预留输入电源的补偿端口，因为由于电源误差及所连接的导线干扰等因素，电源设备所显示的电源示数未必是实际供给到电源模块的真实电源，因此需要电源补偿端，也就是电路工作板PCB图中的两个“VIN+”；电容Cin的作用是保证输入进来的直流电源更加稳定，过滤掉杂波；测试点TVIN的功能是测量实际输入到电源模块的电压是否符合要求；测试点SVIN 是用来测量电源模块的纹波，不可随意放置，而是要尽可能离电源模块的电源输入端越近越好，以保证纹波测试的准确性。

同理，在电源模块的输出端也需要有相应的输出电容及补偿预留端，其电容的计算公式为：

为保证老炼板的高效性，根据高低温箱及电源模块的尺寸，所设计的电路工作板需要尽可能多地供多个电源模块同时工作。图3 是完整的LM47362电源模块PCB 图。其中需特别注意的是，由于多个电源模块同时工作，电源总电流会比较大，因此电路工作板中的电源总线需要按照“电流＝线宽×0.15”的关系得出所需电源总线的宽度。若所需电流过大，总线宽度无法达到要求，则可采用深层挖空的方式，并以大量焊锡替代导线。

图3 电路工作板完整PCB 图

2.2 电阻负载板的设计

进行测试时，电路工作板置于特定环境室内，而负载板离环境源有一定距离，处于常温环境中。负载板均为人工手工制作，实物图如图4 所示[4]。

图4 电阻负载板实物图

负载板的作用是用于控制电源模块在工作时的电流以及功能等参数的变化。电阻值根据电源模块极限工作状态来确定，但在实际操作过程中，经常会出现所需阻值的电阻在市面上无法购得的情况，这时就要通过计算，采用串、并联的方式来获得符合条件的阻值。制作完毕后，再使用相关设备仪器对所制作的负载板进行检查验证，观察制作的电阻阻值是否处在所需要的误差范围之内[5]。

由于电阻工作时会处于功率较大的状态中，为避免大功率运行产生的热量导致电阻阻值变化，在工作时，应尽可能选择能够使电阻更好散热的方式来进行分布，比如电阻之间需要有一定的间距；或是为了使电阻更好释放热量而在其背部涂抹导热胶水，粘贴在金属板上，目的是使电阻热量传输到表面积更大的金属板当中，使散热效果更好[6]。

3 测试前注意事项

基于上述讨论，可将老炼板在承担测试任务之前所需注意的要点归纳如下：

①由于电源模块一般电流较大，因此在设计电路板时一定要计算出准确的电流大小以及给出一定的误差区间，按最大值设计电流，以免多个模块同时工作时烧毁电路板[7]。

②电阻负载板的负载电阻一定要进行测试，因为真实电阻会有一定的误差，测试后的实际情况可能会与电阻标注值差距较大。在固定电阻时一定要涂抹散热胶，这样电阻工作时产生的热量能更快散发出去，对电阻阻值的稳定性起到重要作用，在很大程度上避免电阻工作时随着工作时间的增加而导致自身阻值逐渐增加而影响到老化效果[8]。

③由于实际工作时电路工作板和电阻负载板之间保持一定的距离，并且工作时整个电路的导线较长、较多，因此在计算回路总电阻时，需要把导线电阻计算在内，这样就能够更加贴近电源模块的老炼要求[9]。

4 结 束 语

以LM47362 电源模块老炼板系统设计为例，简要介绍了电源模块老炼板的设计方法，并分析测试过程中的注意事项，对电源模块老炼板设计提供了较为全面的借鉴。随着科技与制造水平越来越高，电源模块的功能也将越来越强大，其设计制造也将变得更加复杂。透彻了解和把握老炼板设计过程，不但有助于改善电源模块的质量，而且对提升电源模块整体设计及制造水平提供保障与助益。不同的电源模块具有不同特点，因此老炼板的具体设计流程也不尽相同，但只要遵守其共同的大原则和大致设计思路，必能应对复杂的应用条件，完成设计目标。