全国服务热线:13714302685 邱老师

文章详细about us
当前位置:网站首页 » 资讯中心 » 开关电源的可靠设计
开关电源的可靠设计
文章来源:handler    时间:2021-10-23 02-41-04

    电子产品,特别是军用稳压电源的设计是一个系统工程,不但要思索电源本身参数设计,还要思索电气设计、电磁兼容设计、热设计、安全性设计、三防设计等方面。由于任何方面那怕是最微小的疏忽,都可能招致整个电源的崩溃,所以我们应充分认识到电源产品可靠性设计的重要性。

    1.开关电源电气可靠性设计

    1.1供电方式的选择

    集中式供电系统各输出之间的倾向以及由于传输距离的不同而构成的压差降低了供电质量,而且应用单台电源供电,当电源发作缺点时可能招致系统瘫疾。分布式供电系统因供电单元靠近负载,改善了动态响应特性,供电质量好,传输损耗小,效率高,节约能源,可靠性高,容易组成N+1冗余供电系统,扩展功率也相对比较容易。所以采用分布式供电系统可以满足高可靠性设备的恳求。

    1.2电路拓扑的选择

    开关电源普通采用单端正激式、单端反激式、双管正激式、双单端正激式、双正激式、推挽式、半桥、全桥等八种拓扑。单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式的开关管的承压在两倍输入电压以上,假设按60%降额运用,则使开关管不易选型。在推挽和全桥拓扑中可能呈现单向偏磁饱和,使开关管损坏,而半桥电路由于具有自动抗不平衡才干,所以就不会呈现这个问题。双管正激式和半桥电路开关管的承压仅为电源的最大输入电压,即使按60%降额运用,选用开关管也比较容易。在高可靠性工程上普通选用这两类电路拓扑。

    1.3控制战略的选择

    在中小功率的电源中,电流型PWM控制是大量采用的方法,它较电压控制型有如下优点:逐周期电流限制,比电压型控制更快,不会因过流而使开关管损坏,大大减小过载与短路的维护;优秀的电网电压调整率;迅捷的瞬态响应;环路稳定,易补偿;纹波比电压控制型小得多。消费理论标明电流控制型的50W开关电源的输出纹波在25mV左右,远优于电压控制型。

    硬开关技术因开关损耗的限制,开关频率-般在350kHz以下,软开关技术是应用谐振原理,使开关器件在零电压或零电流状态下通断,完成开关损耗为零,从而可将开关频率进步到兆赫级水平,这种应用软开关技术的变换器综台了PWM变换器调和1成7大门月WUrnr文世生它中1寸土1xHIku'I入JAb、5行工巾」。F上1月620十个、仅心年中心卫人一年心卫11三三小项技术主要应用于大功率电源,中小功率电源中仍以PWM技术为主。

    1.4元器件的选用

    由于元器件直接决议了电源的可靠性,所以元器件的选用非常重要。元器件的失效主要集中在以下四个方面

    (1)制造质量问题

    质量问题构成的失效与工作应力无关。质量不合格的可以经过严厉的检验加以剔除,在工程应用时应选用定点消费厂家的成熟产品,不允许运用没有经过认证的产品。

    (2)元器件可靠性问题

    元器件可靠性问题即基本失效率的问题,这是一种随机性质的失效,与质量问题的区别是元器件的失效率取决于工作应力水平。在一定的应力水平下,元器件的失效率会大大降落。为剔除不契合运用恳求的元器件,包括电参数不台格、密封性能不合格、外观不合格、稳定性差、早期失效等,应中止选择实验,这是一种非破坏性实验。经过选择可使元器件失效率降低1~2个数量级,当然选择实验代价(时间与费用)很大,但综合维修、后勤保证、整架联试等还是合算的,研制周期也不会延长。

    电源设备主要元器件的选择实验普通恳求:

    ①电阻在室温下按技术条件中止100%测试,剔除不合格品。

    ②普通电容器在室温下按技术条件中止100%测试,剔除不合格品。

    ③接插件按技术条件抽样检测各种参数。

    ④半导体器件按以下程序中止选择:

    目检-+初测→高温贮存-→上下温冲击-→电功率老化-+高温测试-+低温测试-+常温测试

    选择终了后应计算剔除率Q

    Q=(n/N)x100%

    Q=(n/N)X100%

    式中:N_受试样品总数;n--被剔除的样品数;假设Q超越标准规则的上限值,则本批元器件全部不准上机,并按有关规则处置。

    在契合标准规则时,则将选择合格的元器件打漆点标注,然后入专用库房供装机运用。

    (3)设计问题

    首先是恰当地选用适合的元器件:

    ①尽量选用硅半导体器件,少用或不用锗半导体器件。

    ②多采用集成电路,减少分立器件的数目。

    ③开关管选用MOSFET能简化驱动电路,减少损耗。

    ④输出整流管尽量采用具有软恢复特性的二极管。

    ⑤应选择金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件。遏止选用塑料封装的器件。

    ⑥集成电路必需是一类品或者是契合MIL-M-38510、MIL-S-19500标准B-1以上质量等级的军品。

    ⑦设计时尽量少用继电器,确有必要时应选用接触良好的密封继电器。

    ⑧准绳上不选用电位器,必需保管的应中止固封处置。

    ⑨吸收电容器与开关管和输出整流管的距离应当很近,因流过高频电流,故易升温,所以恳求这些电容用具有高频低损耗和耐高温的特性。

    在潮湿和盐雾环境下,铝电解电容会发作外壳腐蚀、容量漂移、漏电流增大等情况,所以在舰船和潮湿环境,最好不要用铝电解电容。由于受空间粒子轰击时,电解质会合成,所以铝电解电容也不适用于航天电子设备的电源中。

    钽电解电容温度和频率特性较好,耐上下温,储存时间长,性能稳定可靠,但钽电解电容较重、容积比低、不耐反压、高压品种(>125V)较少、价钱昂贵。

    关于降额设计:

    电子元器件的基本失效率取决于工作应力(包括电、温度、振动、冲击、频率、速度、碰撞等)。除个别低应力失效的元器件外,其它均表现为工作应力越高,失效率越高的特性。为了使元器件的失效率降低,所以在电路设计时要中止降额设计。降额程度,除可靠性外还需思索体积、量、本钱等要素。不同的元器件降额标准亦不同,理论标明,大部分电元器件的基本失效率取决于电应力和温度,因而降额也主要是控制这两种应力,以下为开关电源常用元器件的降额系数:

    ①电阻的功率降额系数在0.1~0.5之间。

    ②二极管的功率降额系数在0.4以下,反向耐压在0.5以吓。

    ③发光二极管电压降额系数在0.6以吓,功率降额系数在0.6以下。

    ④功率开关管电压降额系数在0.6以吓,电流降额系数在0.5以下。

    ⑤普通铝电解电容和无极性电容的电压降额系数在0.3~0.7之间。

    ⑥钽电容的电压降额系数在0.3以下。

    ⑦电感和变压器的电流降额系数在0.6以下。

    (4)损耗问题.

    损耗惹起的元器件失效取决于工作时间的长短,与工作应力无关。铝电解电容长期在高频下工作会使电解液逐渐损失,同时容量亦同步降落,当电解液损失40%时,容量降落20%;电解液损失0%时,容量降落40%,此时电容器芯子已基本干涸,不能再予运用。为防止发作缺点,普通情况下应在图纸上标明铝电解电容器改换的时间,到期强迫改换。

    1.5维护电路的设置

    为使电源能在各种恶劣环境下可靠地工作,应设置多种维护电路,如防浪涌冲击、过压、欠压、过载、短路、过热等维护电路。

    2.电磁兼容性(EMC)设计

    开关电源因采用脉冲宽度调制(PWM)技术,其脉冲波形呈矩形,上升沿与降落沿均包含大量的谐波成分,另外输出整流管的反向恢复也会产生电磁干扰(EMI),这是影响可靠性的不利要素,因而使电磁兼容性成为系统的重要问题。