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開關電源的可靠性的設計分解
發布時間： 2021-08-12
電子產品的質量是技術性和可靠性兩方面的綜合。電源作為一個電子系統中緊要的部件，其可靠性決定了整個系統的可靠性，開關電源由于體積小，效率高而在各個范疇得到廣泛使用，要怎么樣提高它的可靠性是電力電子技術的一個緊要方面。
1、開關電源電氣可靠性工程設計技術
1.1供電方式的選擇供電方式一般分為：聚集式供電系統和分布式供電?，F代電力電子系統一般采用采用分布式供電系統，以滿足高可靠性設備的要求。
1.2電路拓撲的選擇開關電源一般采用單端正激式、單端反激式、雙管正激式、雙單端正激式、雙正激式、推挽式、半橋、全橋等八種拓撲。其中雙管正激式、雙正激式和半橋電路的開關管承壓僅為輸入電源電壓，60降額時選用600V的開關管比較容易，而且不會出現單向偏磁飽和的問題，這三種拓撲在高壓輸入電路中得到廣泛的使用。
1.3功率因數校正技術開關電源的諧波電流污染電網，干擾了其它共網設備，還可能會使采用三相四線制的中線電流過大，引發事故，處理途徑之一是采用具有功率因素校正技術的開關電源。
1.4控制策略的選擇在中小功率的電源中，電流型PWM控制是大量采用的辦法，在DC-DC變換器中輸出紋波可以控制在10mV，優于電壓型控制的常規電源。硬開關技術因開關損耗的限制，開關頻率一般在350kHz以下；軟開關技術是使開關器件在零電壓或零電流狀態下開關，實現開關損耗為零，從而可將開關頻率提高到兆赫級水平，此技術重要使用于大功率系統，小功率系統中較少見。
1.5元器件的選用因為元器件筆直決定了電源的可靠性，所以元器件的選用是非常緊要。元器件的失效重要聚集在以下四點：制造質量問題、器件可靠性的問題、設計問題、損耗問題。在使用中應對此予以足夠重視。
1.6保護電路為使電源能在各種惡劣環境下可靠地工作，應在設計時加入多種保護電路，如防浪涌沖擊、過欠壓、過載、短路、過熱等保護電路。
2、電磁兼容性(EMC)設計技術
開關電源多采用脈沖寬度調制(PWM)技術，脈沖波形呈矩形，其上升沿與下降沿蘊含大量的諧波成分，另外輸出整流管的反向恢復也會萌生電磁干擾(EMI)，這是影響可靠性的不利因素，這使得系統具有電磁兼容性成為緊要問題。萌生電磁干擾有三個必要條件：干擾源、傳輸介質、敏感接收單元，EMC設計就是破壞這三個條件中的一個。
關于開關電源而言，重要是抑制干擾源，干擾源聚集在開關電路與輸出整流電路。采用的技術包括濾波技術、布局與布線技術、屏蔽技術、接地技術、密封技術等技術。
3、電源設備可靠性熱設計技術
統計資料聲明電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10；溫升50℃時的壽命惟有溫升25℃時的1/6.除了電應力之外，溫度是影響設備可靠性最緊要的因素。這就要在技術上采取措施限制機箱及元器件的溫升，這就是熱設計。熱設計的原則，一是減少發熱量，即選用更優的控制方式和技術，如移相控制技術、同步整流技術等技術，另外就是選用低功耗的器件，減少發熱器件的數目，加大粗印制線的寬度，提高電源的效率。二是增強散熱，即利用傳導、輻射、對流技術將熱量轉移，這包括散熱器設計、風冷(自然對流和強迫風冷)設計、液冷(水、油)設計、熱電致冷設計、熱管設計等。強迫風冷的散熱量比自然冷卻大十倍以上，但是要新增風機、風機電源、聯鎖裝置等，在設計中要依據實際情況選取散熱方式。