如何通過元器件選型提高開關電源可靠性?
發布時間:2012-12-30 責任編輯:easonxu
【導讀】電dian源yuan作zuo為wei一yi個ge電dian子zi係xi統tong中zhong重zhong要yao的de部bu件jian,其qi可ke靠kao性xing決jue定ding了le整zheng個ge係xi統tong的de安an全quan性xing能neng,而er元yuan器qi件jian又you直zhi接jie決jue定ding了le電dian源yuan的de可ke靠kao性xing,所suo以yi元yuan器qi件jian的de選xuan用yong也ye是shi尤you為wei重zhong要yao。通tong過guo元yuan器qi件jian選xuan型xing提ti高gao開關電源可靠性,是電力電子技術大步跨越的重要轉折點。
現如今,電子產品的質量不可或缺的兩大性能——技(ji)術(shu)性(xing)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)成(cheng)功(gong)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)出(chu)台(tai),兩(liang)方(fang)麵(mian)的(de)綜(zong)合(he)水(shui)平(ping)影(ying)響(xiang)著(zhe)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)。電(dian)源(yuan)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)中(zhong)重(zhong)要(yao)的(de)部(bu)件(jian),其(qi)可(ke)靠(kao)性(xing)決(jue)定(ding)了(le)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)性(xing)能(neng),開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)由(you)於(yu)體(ti)積(ji)小(xiao),效(xiao)率(lv)高(gao)而(er)在(zai)各(ge)個(ge)領(ling)域(yu)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong),然(ran)而(er)如(ru)何(he)提(ti)高(gao)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)則(ze)是(shi)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)大(da)步(bu)跨(kua)越(yue)的(de)重(zhong)要(yao)轉(zhuan)折(zhe)點(dian)。
電磁兼容性(EMC)設計技術
開關電源多采用脈衝寬度調製(PWM)技術,脈衝波形呈矩形,其上升沿與下降沿包含大量的諧波成分,另外輸出整流管的反向恢複也會產生電磁幹擾(EMI),這是影響可靠性的不利因素,這使得係統具有電磁兼容性成為重要問題。其產生電磁幹擾有三個必要條件:幹擾源、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。
對於開關電源而言,主要是抑製幹擾源,幹擾源集中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。
開關電源電氣可靠性工程設計技術
對(dui)於(yu)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)校(xiao)正(zheng)技(ji)術(shu)具(ju)體(ti)是(shi)指(zhi)由(you)於(yu)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)汙(wu)染(ran)電(dian)網(wang),幹(gan)擾(rao)了(le)其(qi)它(ta)共(gong)網(wang)設(she)備(bei),可(ke)能(neng)會(hui)使(shi)采(cai)用(yong)三(san)相(xiang)四(si)線(xian)製(zhi)的(de)中(zhong)線(xian)電(dian)流(liu)過(guo)大(da),引(yin)發(fa)事(shi)故(gu),一(yi)般(ban)選(xuan)擇(ze)的(de)解(jie)決(jue)途(tu)徑(jing)是(shi)采(cai)用(yong)具(ju)有(you)功(gong)率(lv)因(yin)素(su)校(xiao)正(zheng)技(ji)術(shu)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)。
在保護電路的方麵,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,如防浪湧衝擊、過欠壓、過載、短路、過熱等保護電路措施。
對於控製策略的選擇,追溯於在中小功率的電源中,電流型PWM控製是大量采用的方法,在DC-DC變換器中輸出紋波可以控製在10mV,優於電壓型控製的常規電源。硬開關技術因開關損耗的限製,開關頻率一般在350kHz以下;ruankaiguanjishushishikaiguanqijianzailingdianyahuolingdianliuzhuangtaixiakaiguan,shixiankaiguansunhaoweiling,congerkejiangkaiguanpinlvtigaodaozhaohejishuiping,cijishuzhuyaoyingyongyudagonglvxitong,xiaogonglvxitongzhongjiaoshaojian。
對(dui)於(yu)供(gong)電(dian)方(fang)式(shi),一(yi)般(ban)分(fen)為(wei)集(ji)中(zhong)式(shi)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)和(he)分(fen)布(bu)式(shi)供(gong)電(dian)。現(xian)代(dai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)采(cai)用(yong)分(fen)布(bu)式(shi)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong),以(yi)滿(man)足(zu)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)設(she)備(bei)的(de)要(yao)求(qiu)。
因為元器件直接決定了電源的可靠性,所以元器件的選用是尤為重要。元器件的失效主要集中在以下四點:製造質量問題、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。
對於電路拓撲,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,一般來說這三種拓撲在高壓輸入電路中得到廣泛的應用。
電源設備可靠性熱設計技術
專家指出除電應力之外,溫度是影響設備可靠性最重要的因素之一,統計資料表明電子元器件溫度每升高2℃,可靠性下降10;溫升50℃時的壽命隻有溫升25℃時的1/6。由於溫度的影響,就需要在技術上采取措施限製機箱及元器件的溫升——熱設計。熱設計的原則,一是減少發熱量,即選用更優的控製方式和技術,如移相控製技術、同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)技(ji)術(shu)等(deng)技(ji)術(shu),另(ling)外(wai)就(jiu)是(shi)選(xuan)用(yong)低(di)功(gong)耗(hao)的(de)器(qi)件(jian),減(jian)少(shao)發(fa)熱(re)器(qi)件(jian)的(de)數(shu)目(mu),加(jia)大(da)粗(cu)印(yin)製(zhi)線(xian)的(de)寬(kuan)度(du),提(ti)高(gao)電(dian)源(yuan)的(de)效(xiao)率(lv)。二(er)是(shi)加(jia)強(qiang)散(san)熱(re),即(ji)利(li)用(yong)傳(chuan)導(dao)、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,但是要增加風機、風機電源、聯鎖裝置等,在設計中要根據實際情況選取散熱方式。
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