吳海平，蔡剛，黃菊蓮，王彩云，權亞娟

（西安西谷微電子有限責任公司，陜西西安，710124）

0 引言

隨著軍用融合口號的提出，以及芯片國產化進程的飛速發(fā)展，國家與用戶對軍民產品的質量要求也越來越高，相關配套的電源模塊的功能性能、質量可靠性和環(huán)境適應性提出了更高的要求。電源模塊的研制也由“滿足產品規(guī)范及合同要求”向“確保產品耐應力裕度、提高應用適應性、保證工程可靠應用”轉變。因此，急需提高其技術成熟度和應用適用度，并經充分驗證獲取評價數(shù)據(jù)，得出明確評價結論并促進電源模塊的成熟應用。

目前我國電源模塊自研已經取得了很大的進展，技術水平飛速提高，產品系列更加完善。但已經完成研制的電源模塊在型號中的推廣應用過程中仍存在“不敢用”“不好用”“用不好”等問題，且標準化的電源模塊測試實驗方法和技術與實際應用情況存在一定的差距，實驗項目和應力條件也不能覆蓋電源模塊的應用狀態(tài)，通過自測試或者第三方二篩后的模塊在應用過程中仍然出現(xiàn)了不少問題，影響了用戶將其應用于工程中的信心，另外一方面，國產廠家提供的電源模塊信息數(shù)據(jù)尚不能充分表征其功能性能、質量可靠性和環(huán)境適應性，難以充分指導用戶使用，這就使得用戶偏向于已有成功應用案例、數(shù)據(jù)充分的國外成熟電源模塊，新研制的國產電源模塊的推廣難度變得更大。本文在國產器件中選用了一款DC/DC 電源模塊進行板級設計，充分考慮其功能性能、質量可靠性以環(huán)境適應性，完善其測試方法，針對該模塊的實際應用情況，有針對地進行相關測試工作，確保將模塊應用中的風險降至最低。且對廠家研制及客戶使用DC/DC 電源模塊有著很大的借鑒意義。

1 總體方案

DC/DC 板級測試設計總體方案包括：DC/DC 模塊、供電電路、散熱處理、供電指示電路、去耦電路、測試點網絡、SMA 示波器檢測口、電源輸出、電子負載以及用于環(huán)境適應測試的力學定位孔。圍繞DC/DC 電源模塊設計一款用于驗證其功能性能的板級測試系統(tǒng)，通過完成其功能性能及環(huán)境試驗得出其測試報告，完成生產廠家的測試驗證要求時，在進行市場推廣應用時，對客戶有著很好的推薦設計作用。

方案框圖如圖1 所示。

■1.1 DC/DC 模塊

板級設計選用了國產某公司的MV24C12M150B DC/DC電源模塊。模塊采用PCB 板及表面組裝工藝，封裝采用鋁基座、金屬塑料復合外殼配合灌封制作。

引出端排列及引腳功能如圖2、表1 所示。

圖2 引出端排列

推薦工作條件：

輸入電壓VIN：18V～40V；

輸出電壓VOUT：11.88V～12.12V；

工作溫度范圍Tc(M 級)：-55℃～100℃；

貯存溫度范圍Tstg(M 級)：-65℃～125℃。

■1.2 供電電路

供電電路中考慮該測試板需要在力學環(huán)境下工作，所以采用耐大電流、防反插、防塵、易緊固的航空接插件作為供電口，其接觸電阻為0.55mΩ，額定電壓500V，額定電流30A，瞬時電流60A，匹配線徑12AWG，完全匹配電源模塊大功率需求，使用直流穩(wěn)壓源提供穩(wěn)定電源輸入。航空接插件如圖3 所示。

圖3 航空接插件

■1.3 散熱處理

由于電源模塊屬于功率模塊，其運行功耗過大，容易發(fā)熱影響其性能參數(shù)測試，在進行PCB 設計時需進行散熱處理，所以在設計時候盡可能做散熱焊盤，以及外接散熱器，并且在散熱片和電源模塊的接觸面涂有散熱硅脂，加快其散熱速度。使得電源模塊不會因為過熱而燒毀。散熱片如圖4所示。

圖4 散熱片

■1.4 供電指示電路

如圖5 所示為供電指示電路。采用了串聯(lián)10k 電阻以及綠色LED 燈作為供電指示電路，方便通過燈效顯示其工作狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)電源指示燈過于暗時，還可以通過更換串聯(lián)電阻10k，變?yōu)楦〉碾娮?，使經過綠色LED 燈的電流增大，亮度變大。在做三溫工作穩(wěn)定性以及環(huán)境適應性時，測試人員可以通過燈效判斷DC/DC 模塊是否發(fā)生故障，進行緊急處理，在進行功耗計算時，需要考慮到LED 的功耗。

圖5 供電指示電路

■1.5 去耦電路

在電源輸入輸出均設計有去耦電路，在電源輸入端其作用是把輸入信號中的高頻噪聲雜波進行濾除，在電源輸出端其作用是把輸出信號中的干擾濾除掉，確保電源輸出電壓干凈平滑，使用輸入級的去耦電容應選擇一個耐壓較高的電容100μF/450V，保證電源輸入能夠干凈平滑，排除待測試器件因為輸入級電源的原因導致功能性能出問題的因素，輸出端選擇電容4.7nF 以及0.01μF 濾除掉高頻噪聲的干擾，使其輸出電壓紋波達到模塊詳細規(guī)范范圍內，如圖6 所示。

圖6 去耦電路

■1.6 測試點網絡

為了便于觀測DC/DC 模塊的各管腳波形及參數(shù)，在進行PCB 設計時，在其管腳處均增加過孔測試點，隨時通過示波器測試其性能參數(shù)是否達標，比如啟動時間、輸入輸出紋波等參數(shù)。如圖7 所示。

圖7 測試點網絡

■1.7 電源輸出

電源輸出位置亦采用航空接插件作為輸出口，通過連接高精度萬用表測試其輸出電壓值是否符合詳細規(guī)范，并預留了SMA 輸出波形檢測口，使用50Ω 阻抗匹配的屏蔽線進行示波器連接，監(jiān)控其輸出波形及相關時間參數(shù)。如圖8 所示。

圖8 電源輸出及SMA 檢測口

■1.8 電子負載

為了測試出DC/DC 電源模塊其最大帶載能力，本設計不采用傳統(tǒng)的功率電阻進行拉載測試，其精度無法滿足測試要求，且需要頻繁更換功率電阻。而是使用航空接插件連接電子負載，測試出其帶載能力是否符合詳細規(guī)范，電子負載選擇ITECH 公司可編程直流電子負載測試檢測儀IT8500，其具備多種模式，如定電壓、定電流、定電阻、定功率等，高達10kHz 動態(tài)模式，自動測試功能，還可支持RS232/USB串口通信接口以及斷電保持記憶功能。電子負載如圖9 所示。

圖9 電子負載

■1.9 原理圖及PCB 設計

原理圖如圖10 所示。

圖10 原理圖

PCB 設計時應該注意以下幾點：

（1）選取的器件封裝盡可能達到待測試DC/DC 模塊的溫度級別，這樣盡可能保證在進行環(huán)境實驗室比如溫度循環(huán)試驗，能夠排除外圍器件溫度指標不夠導致電源模塊測試板功能失效。

（2）為了更好地觀察待測試DC/DC 模塊器件的各管腳輸入輸出波形，在布線時，在其控制端、信號輸入輸出端引出測試點，內徑為1mm。

（3）為了保證供電電源平滑干凈，在模塊信號輸入輸出端以及芯片的電源腳增加了去耦電容，去除點高頻尖峰脈沖對模塊信號的干擾。

（4）為了保證電源模塊更好地散熱。PCB 設計時充分考慮到增加覆銅散熱GND 焊盤以及外接散熱片。

（5）為了保證信號之間不會發(fā)生相互串擾，充分考慮到電源輸入與電源輸出的地隔離設計。

（6）板子四個邊緣的定位孔是為了匹配振動臺的安裝與固定，在進行振動試驗時，可以通過這些定位孔對驗證板進行固定。

PCB 如圖11 所示。

圖11 PCB

2 實現(xiàn)與試驗

■2.1 實物及設備清單

如圖12 為設計實物圖，搭建試驗環(huán)境，實驗設備如表2 所示。

表2 試驗設備清單

圖12 實物圖

■2.2 實驗流程

（1）將驗證板卡置于特定環(huán)境中；

（2）連接直流源、示波器以及電子負載；

（3）直流電源VCC 設置為典型電壓值24V，并上電；

（4）輸出端連接高精度萬用表；

（5）連接SMA 屏蔽線與示波器探頭，示波器監(jiān)控輸出及相關測試點，測試相應的測試項目。

■2.3 試驗結果

試驗目錄及試驗結果如表3 所示。

表3 實驗結果表

3 總結

經自評以及組織公司技術負責人、用戶單位代表、研制單位代表等多方專家和代表對該DC/DC 電源模塊測試板的設計方案、試驗類型、試驗流程、試驗結果及最終測試報告進行了評審，所設計的DC/DC 電源模塊板級能夠匹配用戶級研制需求，功能性能方面能夠完全兼容國外VICOR 公司的 V24 系列DC/DC 電源模塊，并對同型號同系列的DC/DC電源模塊設計有著很大的借鑒意義。