随着工业自动化、智能制造产业的快速发展,工业控制场景对电源模块的可靠性、稳定性提出了严苛要求。宁波江北华瑞电子有限公司专注于工业电子元器件研发、生产,其主营的工业电源模块广泛应用于智能制造装备、工业控制系统、智能电网终端等核心场景。
当前工业现场环境复杂,现有工业电源模块普遍存在两大核心痛点:一是抗干扰能力不足,工业场景中的变频器、电机等设备产生的高频电磁干扰易侵入电源模块,导致输出电压波动、信号失真,影响下游设备正常运行;二是温度适应性有限,在高温(如冶金、化工现场)、低温(如户外工业终端)等极端温度环境下,电源模块的转换效率大幅下降,使用寿命缩短,甚至出现故障停机。此外,传统屏蔽层易因磨损、老化导致屏蔽性能失效,进一步加剧干扰问题。
开发具备更高抗干扰能力和宽温度范围适应性的工业电源模块,重点突破高频干扰抑制、动态温度补偿及自修复屏蔽层技术,能够大幅提升电源模块在复杂工业环境中的可靠性,填补企业在高端工业电源领域的空白,增强市场竞争力。基于此,企业亟需开展相关技术研发与攻关工作。
(1)高频干扰抑制技术难题:需研发高效的高频干扰抑制电路拓扑与滤波方案,解决工业场景中1MHz - 1GHz高频电磁干扰的吸收与屏蔽问题,同时避免滤波电路对电源模块转换效率和输出精度产生负面影响;需优化电源模块的接地、布线设计,降低电磁辐射发射,提升电磁兼容(EMC)性能。
(2)动态温度补偿技术难题:需构建精准的温度-性能耦合模型,实时监测电源模块内部关键器件(如MOS管、电容)的温度变化;研发自适应动态温度补偿算法与电路,实现不同温度区间(-40℃~125℃)内输出电压、电流的精准校准,保障转换效率稳定在90%以上。
(3)自修复屏蔽层技术难题:需筛选适配工业环境的自修复屏蔽材料,解决材料在高低温、湿度变化环境下的稳定性问题;研发自修复屏蔽层的制备工艺,实现屏蔽层在局部磨损、划伤后的快速自主修复,确保屏蔽效能恢复率≥95%,且不影响电源模块的散热性能。
(4)多技术协同集成难题:实现高频干扰抑制、动态温度补偿、自修复屏蔽层三大技术的协同适配,避免各技术模块之间的相互干扰;优化电源模块整体结构设计,在提升性能的同时控制体积,适配工业设备的紧凑安装需求。
(5)产业化量产难题:攻克批量生产过程中自修复屏蔽层制备精度控制、温度补偿元件一致性校准、抗干扰性能批量检测等技术难题;实现研发技术与现有生产线的适配,确保量产产品性能稳定,满足工业级可靠性要求。
(1)技术储备:企业已组建由电力电子、电磁兼容、电路设计等领域专业人才组成的研发团队,具备传统工业电源模块的研发与生产核心技术;通过前期实验,已掌握工业场景高频干扰的特性与影响规律,完成了动态温度补偿的初步算法框架设计,积累了大量电源模块在不同温度、干扰环境下的性能测试数据。
(2)设备基础:已购置电磁兼容测试系统、高低温环境试验箱、电源性能分析仪、电路仿真软件等基础研发设备,能够满足前期核心技术验证、原型制作及性能测试需求;企业拥有完善的电子元器件生产流水线,具备电源模块产业化转化的生产设备基础,可支撑中试及批量生产。
(3)市场与资源积累:已完成高端工业电源模块市场的全面调研,明确了不同工业场景的技术需求与性能指标;与多家工业设备制造商、工业控制系统企业建立了长期合作关系,可提供实地应用场景与需求反馈;同时与高校材料学院、电力电子研究所开展了初步技术交流,具备产学研合作的良好基础。
(1)技术目标:开发出高抗干扰宽温度适应工业电源模块,实现高频干扰抑制能力≥40dB(1MHz - 1GHz),电磁兼容性能满足GB/T 17626相关工业级标准;温度适应范围覆盖-40℃~125℃,全温度区间转换效率≥90%,输出电压精度误差≤±1%;自修复屏蔽层磨损后修复时间≤30s,屏蔽效能恢复率≥95%;电源模块平均无故障工作时间(MTBF)≥10万小时。
(2)生产目标:攻克产业化量产技术难题,完成现有生产线的适配改造,形成标准化的批量生产工艺;实现电源模块的生产合格率≥98.5%,生产效率较传统产品提升25%以上,单位产品生产成本控制在合理区间,满足市场化竞争需求。
(3)成果目标:获得相关核心技术发明专利4 - 6项(含发明专利至少3项)、实用新型专利2 - 3项;形成完整的技术研发报告、生产工艺文件、产品检测标准及使用手册;将研发的电源模块成功应用于3款以上工业核心设备,实现批量供货与市场推广。
(1)技术文档:包括高抗干扰宽温度适应工业电源模块研发报告、高频干扰抑制电路设计文档、动态温度补偿算法手册、自修复屏蔽层制备工艺文件、生产操作规程、产品性能检测标准及方法、专利申请文件等。
(2)实物成果:工业电源模块原型样品、中试生产的成品;适配产业化生产的测试工装、屏蔽层制备模具及生产线改造方案。
(3)知识产权:围绕核心技术获得的发明专利、实用新型专利等知识产权证书。
(4)应用成果:电源模块的抗干扰性能、宽温适应性、自修复功能等核心指标测试报告;与工业设备的适配验证报告;产业化生产可行性分析报告及市场推广方案。