DC-DC电源模块老化属于功率老化，其老化方法是在常温条件下，掌握被试器件的壳温不超过其最高事情温度，按额定电压、电流，满载进行长达48H的老化。
2018-2022年模块老化事情量逐年递增。受限于原来的HTD-690N2系统和老化板散热问题，单次试验的实际老化数量与理论数量存在较大差距。
本文以此背景，改进了系统排热和夹具散热，实现了提高单次试验实际老化数量的目的。本次开拓了实用性广、构造大略、操作方便的老化夹具，可供其他系统用老化夹具借鉴，达到更好掌握壳温的效果。
1 DC-DC电源模块老化的基本方法
在进行高温动态功率老化试验的过程中，HTD-690N2系统给DC-DC电源模块施加了两种应力条件，即输出负载100%和最大壳温值，从而令其在全满额的情形下连续48小时事情，以此来剔除早期失落效产品。额定电源电压与满载由系统本身决定，而最大壳温值由温度可控的高温试验箱决定。因半导体工艺、模块电源功率密度、外壳受热温度不屈均等成分的影响，散热性受到了很大程度的制约。
2 DC-DC电源模块老化的难点剖析
以检测中央HTD-690N2系统为例，整机由12个独立的单通道组成，设备本身配有60V/15A和400V/2A的两种电源负载可供选择。老化夹具母板具备5块老化工位，20路输出，输出电流最大单路不超过5A。在考虑第一种应力（输出负载100%）施加条件的情形下，单个通道的理论单次老化数量可由公式算出：
当（输出功率POUT/输出电压VOUT）/4＜5A时，则须要进行并联分流，降落单路电流。
这里以V24C5C50BL和V375B5T150BL为例，简要阐述如何打算得出理论的单通道老化数量。V24C5C50BL的输入电压为24V，输入功率为59.2W，输出电压为5V，输出功率为50W。V375B5T150BL的输入电压为375V，输入功率180W，输出电压5W，输出功率150W。理论上需知足(输入功率PIN/输入电压VIN)×块数＜15A（或2A）,且当（输出功率POUT/输出电压VOUT）/4＜5A是无需并联分流，（输出功率POUT/输出电压VOUT）/4＜5A时须要并联分流。即V24C5C50BL知足
可得理论单通道老化最大数量为5块；V375B5T150BL因（150/5）/4＞5A，须要进行并联分流，降落单路电流，进而知足
可得理论单通道老化最大数量为2块。
实际在加入第二种应力（TCMAX最大壳温值）施加条件后，虽然原来HTD-690N2系统配备了散热的内部风扇对DC-DC电源模块进行壳温掌握，但由于烘箱的设定温度=TA=TCMAX-θCA×PC。
TCMAX为参数手册电源模块指标许可的最大壳温值，θCA为电源模块散热基板到环境的热阻，为电源模块的耗散功率）一样平常为-70℃，远超出设备本身所能达到的硬件能力，无法靠单一风扇实现散热需求。以是在装机过程中，不可避免的涌现了妥协，导致单次高温动态功率老化试验的数量与空想状况下相差甚远，验证影响高温动态功率老化试验的效率，详细情形见表1。
表1 HTD-690N2系统DC-DC电源模块高温动态老化试验模块安装数量情形
因此，想进一步提高每次高温动态老化试验的安装总数，就须要有效的掌握DC-DC电源模块的外壳温度。
3 DC-DC电源模块老化实验方案改进
为了能在试验时能够更有效地掌握DC-DC电源模块的壳温，采取热传导和风冷结合的办法来办理模块的散热问题，对老化试验方案进行如下改进：
1）制作一种DC-DC电源模块用老化夹具，包括老化母板、老化子板、短路连接板。通过带有翅片式散热器和热电偶传感器的快速锁紧装置进行模块固定，增加散热片数量，增大散热面积，该办法即实现了散热和温度监控，战胜了老化夹具散热效率低的不敷。图1为老化母板正视图，图2为老化母板侧视图。图3为老化夹具实物图。
图1 老化母板正视图
1-连接器；2-正负电压电流输入线；3-20路电压电流输出线；4-温度采样数据线；5-老化工位；8-老化工位并联接口；9-热电偶
图2 老化母板侧视图
图3 新夹具实物图
2）增强HTD-690N2系统排热能力。由于箱体是通过吸入较低的室温进行热量交流的，因此热交流能力的上限有一定的限值。实际运用中，为了能同时老化更多的功率器件，一方面要尽可能使室内处于较低的温度，一方面要及时将电源模块器件老化所产生的高温气体通过特定管道引排至室外，以坚持高温箱体环境温度的相对稳定。
HTD-690N2系统选用的是广五所生产的PH201型高温试验箱，该试验箱设计换宇量为100m³/h，在室温条件下，温箱最高平衡能力（100℃箱体环境温度）约为500W（即为理论上被试电源模块的最大发热量）。以电源模块转换能力为88%~90%计，自身损耗为10%~12%，单块模块的耗散功率在30~60W旁边，因此一台设备最大带载总功率约1～2kW。因此，为改进设备散热，提高单次老化试验电源模块数量，同时考虑风阻、热传导效率等成分，至少需将设备换宇量增加1倍以上。对此，实验室采取了在总管道靠近外墙一端加装管道增压风机（HDD-2000P型静音管道风机，透风量690m³/h）的办法，同时引入了第二个直径20cm的引热管道。增压风机可在管道内形成一定的负压，一来可以减少各温箱之间的串扰，其余也可以有效增加排热流量，从而达到增加全体系统排热的能力。图4为改进后的排风系统。
图4 HTD-690N2设备排风系统
4 实际效果验证
通过对老化夹具的优化和HTD-690N2机箱排风系统的优化，在知足输出负载100%和最大壳温值两大应力条件的情形下，再次对上述DC-DC电源模块进行装机试验，结果见表2。
表2 改进后模块安装数量比拟情形
由此可见，经由上述两项改进方法的履行，改进后的HTD-690N2系统单次试验安装总数明细上升，有效的提高了单次高温动态功率老化试验效率。
5 结语
综上所述，从数据看，通过对老化夹具的改造和系统排热能力的提升，实现了提高单次高温动态功率老化试验效率的目的。从过程看，本次开拓的老化夹具适用性广、构造大略、操作方便、散热性强，也可供其他系统用老化夹具借鉴学习，达到更好的壳温掌握效果。
作者：武翰
单位：中国船舶重工集团公司第七一六研究所
简介：武翰，助理工程师，紧张研究方向元器件检测技能。
引用本文：武翰.基于HTD-690N2系统的DC-DC电源模块老化试验效率提升方案设计[J].环境技能,2022,40(02):136-139.
