电源模块的降额曲线

大家好，这里是大话硬件。

今天想写这篇文章来分享在前段时间了解的一个知识点——电源模块的降额曲线。
为什么要写这个呢？对于专门做电源的同学来说，肯定觉得很简单。但是对于一个非电源行业的人来说，曲线应该如何解读，业内是如何测试出来的，不一定十分完全清楚。

这个问题的背景来源于上周我准备做热设计，我把电源模块的规格书发热设计的同事，他问我规格书上面的降额曲线怎么理解。这里以金升阳的模块作为例子，在官网随便找到一个模块电源规格书如下。

看到这个规格书，我最开始的理解是：一个标称为100W的电源，在-20~55℃能输出100W的功率， 但是当这个模块放在环境为70℃条件下，只能输出70W的功率。于是就把这个理解告诉热设计的同事，让他关注设备的温升。

这事本来算是结束了，因为我觉得我理解的应该没错，完全是符合曲线。但脑海中一直在思考一个问题：金升阳明明设计的是一个100W的电源，怎么到了70℃只能输出70W，不符合实际理解呀！难道我把这个电源模块拿到70℃下加上90W的负载，整个模块就不能工作吗？理论设计的100W输出功率变成了70W的输出能力，导致模块带不动90W的负载吗？

有了上述的疑问后，我一直没有停止上述的思考，因为从电源能量传递的角度理解，我设计的100W电源，器件参数没有改动，输出能力不可能平白无故变为70W。于是就查阅了一些电源模块降额设计的资料，这才解开了我心中的疑惑。

1. 在70℃环境中，电源模块的输出能力变成了70W？
不对，在70℃环境中，其实这个电源模块还是具备100W带载能力。设计是100W，在任何温度下都是100W。这里曲线标称降额到70%，是指在70℃，这个电源模块你要让它安全，稳定，长时间的工作，带载要控制在70W以内，并不是电源模块只能输出70W。
假设在70℃环境中，让电源带载100W，上电一会儿时间，电源完全可以输出100W，但是可能很快进行过温保护，或者某些器件损坏，导致无法正常工作。
2. 为什么是降额70%？这个数据有什么理论依据？
决定电源输出负载大小，也就是降额程度的关键因素是电源模块上核心键器件温升。比如，变压器，MOS管，二极管，大功率电阻，电容。这些核心器件如果温升太高，电源模块可能很快就坏了。因此，你负载不能带的太高，负载越大，温升越高，上述核心器件参数超过了限制温度，要么半导体器件过温失效或者保护，要么电容寿命比设计的降低很多。所以，想要这个电源模块正常工作，这个时候功率控制在70W以内就是安全的。
同理，对于下面的输入降额曲线肯定也不是像之前那样肤浅了。

按照之前的理解，这个曲线肯定被解读成：输入电压在AC110V以下时，电源模块没有能力输出100W。现在的理解是：在电压降低时，根据功率一定，电压越低，电流越大的原理，器件输入级存在整流二极管，共模电感等器件，这些器件在大电流下自身发热较大，为了不超过这些器件以及其他核心器件的通流能力和温升，电源模块的功率需要控制在一定功率内，这样电流就在一定范围内，不会导致器件损坏。

为了验证上面的理解正确与否，我又特地请教了在台达专门做电源的大学同学，同学的解答和我上面的理解是基本一致。同时，同学还告诉我电源行业是怎么把这个曲线测出来的。

大概如下图所示。在电源模块上找到关键器件以及温升较高的器件作为温度检测点，热设计有专门的温度探头，根据关键器件的温升不超过安全温度限制，来调节带载能力。经过多次测试，在哪些功率下模块能长时间在该温度下运行，此时输出的功率就是降额后的功率。

同步还了解到，有些数字电源在进行降额设计时，专门有温度监测的功能，ADC将读取到的温度反馈到主控中，主控根据温度来限制输出负载的能力。原理本质上也是通过某些器件的限制条件（温度，通流），来限制输出功率，保证模块在高温，低压下能长时间，稳定的工作。

电源模块降额曲线对于电源行业内的来说，应该比较清楚。但对不熟悉的人来说，看似简单的一个曲线，里面其实也有些可以挖掘的东西。

借这篇文章还想分享一点体会：同样的东西，看待它的角度和思考程度的差异，慢慢地在影响我们的知识面广度和深度。你简单它就简单，你复杂它就复杂。在工作中遇到了问题，要深挖细节，多思考为什么是这样？多了解背后的本质是什么？带着为什么的好奇心，你会发现同样是工作3年的人，慢慢就有了差异。