【技术分享】振动场合的电源模块该如何选型？

原创 ZLG致远电子 2023-11-03 11:39

【有奖直播】无线前沿新技术与测试技术峰会 精密双向电流感应放大器设计方案

在不同的应用环境，该如何进行电源模块的应用选型？选择合适电源模块可以延长模块的使用寿命，本文主要是介绍在振动场合电源模块可能出现的一些失效形态和如何选用可靠的电源模块。

常见存在振动的应用环境

在现实应用中，很多应用环境是存在振动情况的，需要考虑电源模块的选型，存在较大振动的常见场合如下：

轨道交通：地铁，高铁，城际列车；
工程机械：机械手、爆破机械，激光机器等。

振动环境中，常见电源模块失效的形态

振动环境中，有固定频率，固定方向的摆幅振动，器件在这样的环境中应用可能存在疲劳损伤或是掉件，导致功能丧失。如图1所示，单列直插的电源模块在振动环境比较恶劣的情况下应用，金属引脚受到振动的摆幅会大，在反复的摆动下金属引脚与焊点接触点产生了金属疲劳，引脚出现了折断，产品功能失效。

还有一类电源模块外壳是单靠紧配合的卡扣组装起来的，由于紧配合也会存在公差，上下外壳有轻微松动的情况。这类电源模块在长时间的振动环境中应用，紧配合的上下外壳在长时间的振动磨损，卡扣会被磨掉，卡口会被磨大，最终会导致外壳脱落。

开板式的电源，PCBA上的器件在振动应用场合中有脱落的风险。

图1 振动场合导致SIP产品的金属引脚疲劳折断图

电源模块振动实验的标准

目前电源模块的振动实验标准是参照IEC 60068-2-6:2007 对应的国家标准是 GB/T 2423.10-2019《环境试验第2部分：试验方法试验Fc: 振动(正弦)》，振动实验中涉及到几个关键的实验参数：振动频率范围，振幅，加速度，扫描速率，振动轴向。具体参数要求查阅振动实验标准，不再赘述。

有些行业有专门的振动实验标准，比如轨道交通行业标准IEC/EN61373车体1B级，振动实验要按行业标准。

选型与应用处理

从电源模块在振动场合应用过程中可能出现的失效形态，考虑电源模块选型从封装和外壳装配方式等着手。选择DIP封装和SMD封装的会比SIP封装的抗振动好，DIP的双列针脚固定，避免了引脚疲劳折断的情况，SMD封装的焊点与PCB结合牢固，不会脱落。

当然并不是在振动应用场合不能选SIP封装电源模块，如果振动条件不苛刻的话，SIP封装的模块一样能够选用，应用的时候需要做一些处理，比如给电源模块点胶固定，如图2所示，这样可以比未做处理的电源模块使用寿命更长。
如选开板式的电源，在振动场合中应用，需要选已经对容易脱落的器件进行点胶固定的开板式电源，才能够延长使用寿命。

致远电子新推出的E_UHBKD-3W系列产品，E_UHBKD-3W是DIP封装，由外壳加PCBA和灌封胶组装而成，灌封胶起到了固定内部器件和外壳的作用，封装尺寸14.00*14.00*10.00mm，具备较强的抗振动能力，适用于各种具有振动的场景。