開關(guān)電源設(shè)計(jì)的可靠性研究
現(xiàn)往常，電子產(chǎn)品的質(zhì)量不可或缺的兩大性能——技術(shù)性和牢靠性。作為一個(gè)勝利電子產(chǎn)品的出臺(tái)，兩方面的綜合程度影響著產(chǎn)質(zhì)量量。電源作為一個(gè)電子系統(tǒng)中重要的部件，其牢靠性決議了整個(gè)系統(tǒng)的平安性能，開關(guān)電源由于體積小，效率高而在各個(gè)范疇得到普遍應(yīng)用，但是如何進(jìn)步開關(guān)電源的牢靠性則是電力電子技術(shù)大步逾越的重要轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)。
1、電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)技術(shù)
開關(guān)電源多采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，脈沖波形呈矩形，其上升沿與降落沿包含大量的諧波成分，另外輸出整流管的反向恢復(fù)也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，這是影響牢靠性的不利要素，這使得系統(tǒng)具有電磁兼容性成為重要問題。其產(chǎn)生電磁干擾有三個(gè)必要條件：干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感接納單元，EMC設(shè)計(jì)就是毀壞這三個(gè)條件中的一個(gè)。
關(guān)于開關(guān)電源而言，主要是抑止干擾源，干擾源集中在開關(guān)電路與輸出整流電路。采用的技術(shù)包括濾波技術(shù)、規(guī)劃與布線技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、密封技術(shù)等技術(shù)。
2、開關(guān)電源電氣牢靠性工程設(shè)計(jì)技術(shù)
關(guān)于功率因數(shù)校正技術(shù)詳細(xì)是指由于開關(guān)電源的諧波電流污染電網(wǎng)，干擾了其它共網(wǎng)設(shè)備，可能會(huì)使采用三相四線制的中線電流過大，引發(fā)事故，普通選擇的處理途徑是采用具有功率要素校正技術(shù)的開關(guān)電源。
在維護(hù)電路的方面，為使電源能在各種惡劣環(huán)境下牢靠地工作，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)參加多種維護(hù)電路，如防浪涌沖擊、過欠壓、過載、短路、過熱等維護(hù)電路措施。
關(guān)于控制戰(zhàn)略的選擇，追溯于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變換器中輸出紋波能夠控制在10mV，優(yōu)于電壓型控制的常規(guī)電源。硬開關(guān)技術(shù)因開關(guān)損耗的限制，開關(guān)頻率普通在350kHz以下;軟開關(guān)技術(shù)是使開關(guān)器件在零電壓或零電流狀態(tài)下開關(guān)，完成開關(guān)損耗為零，從而可將開關(guān)頻率進(jìn)步到兆赫級程度，此技術(shù)主要應(yīng)用于大功率系統(tǒng)，小功率系統(tǒng)中較少見。
關(guān)于供電方式，普通分為集中式供電系統(tǒng)和散布式供電。現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)普通采用采用散布式供電系統(tǒng)，以滿足高牢靠性設(shè)備的請求。
由于元器件直接決議了電源的牢靠性，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(diǎn)：制造質(zhì)量問題、器件牢靠性的問題、設(shè)計(jì)問題、損耗問題。在運(yùn)用中應(yīng)對此予以足夠注重。
關(guān)于電路拓?fù)洌?a href="http://m.ccdianlan.com" target=_blank>開關(guān)電源普通采用單端正激式、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?fù)洹Ｆ渲须p管正激式、雙正激式和半橋電路的開關(guān)管承壓僅為輸入電源電壓，60降額時(shí)選用600V的開關(guān)管比擬容易，而且不會(huì)呈現(xiàn)單向偏磁飽和的問題，普通來說這三種拓?fù)湓诟邏狠斎腚娐分械玫狡毡榈膽?yīng)用。
3、電源設(shè)備牢靠性熱設(shè)計(jì)技術(shù)
專家指出除電應(yīng)力之外，溫度是影響設(shè)備牢靠性最重要的要素之一，統(tǒng)計(jì)材料標(biāo)明電子元器件溫度每升高2℃，牢靠性降落10;溫升50℃時(shí)的壽命只要溫升25℃時(shí)的1/6。由于溫度的影響，就需求在技術(shù)上采取措施限制機(jī)箱及元器件的溫升——熱設(shè)計(jì)。熱設(shè)計(jì)的準(zhǔn)繩，一是減少發(fā)熱量，即選用更優(yōu)的控制方式和技術(shù)，如移相控制技術(shù)、同步整流技術(shù)等技術(shù)，另外就是選用低功耗的器件，減少發(fā)熱器件的數(shù)目，加大粗印制線的寬度，進(jìn)步電源的效率。二是增強(qiáng)散熱，即應(yīng)用傳導(dǎo)、輻射、對流技術(shù)將熱量轉(zhuǎn)移，這包括散熱器設(shè)計(jì)、風(fēng)冷(自然對流和強(qiáng)迫風(fēng)冷)設(shè)計(jì)、液冷(水、油)設(shè)計(jì)、熱電致冷設(shè)計(jì)、熱管設(shè)計(jì)等。強(qiáng)迫風(fēng)冷的散熱量比自然冷卻大十倍以上，但是要增加風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)電源、聯(lián)鎖安裝等，在設(shè)計(jì)中要依據(jù)實(shí)踐狀況選取散熱方式。
1、電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)技術(shù)
開關(guān)電源多采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，脈沖波形呈矩形，其上升沿與降落沿包含大量的諧波成分，另外輸出整流管的反向恢復(fù)也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，這是影響牢靠性的不利要素，這使得系統(tǒng)具有電磁兼容性成為重要問題。其產(chǎn)生電磁干擾有三個(gè)必要條件：干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感接納單元，EMC設(shè)計(jì)就是毀壞這三個(gè)條件中的一個(gè)。
關(guān)于開關(guān)電源而言，主要是抑止干擾源，干擾源集中在開關(guān)電路與輸出整流電路。采用的技術(shù)包括濾波技術(shù)、規(guī)劃與布線技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、密封技術(shù)等技術(shù)。
2、開關(guān)電源電氣牢靠性工程設(shè)計(jì)技術(shù)
關(guān)于功率因數(shù)校正技術(shù)詳細(xì)是指由于開關(guān)電源的諧波電流污染電網(wǎng)，干擾了其它共網(wǎng)設(shè)備，可能會(huì)使采用三相四線制的中線電流過大，引發(fā)事故，普通選擇的處理途徑是采用具有功率要素校正技術(shù)的開關(guān)電源。
在維護(hù)電路的方面，為使電源能在各種惡劣環(huán)境下牢靠地工作，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)參加多種維護(hù)電路，如防浪涌沖擊、過欠壓、過載、短路、過熱等維護(hù)電路措施。
關(guān)于控制戰(zhàn)略的選擇，追溯于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變換器中輸出紋波能夠控制在10mV，優(yōu)于電壓型控制的常規(guī)電源。硬開關(guān)技術(shù)因開關(guān)損耗的限制，開關(guān)頻率普通在350kHz以下;軟開關(guān)技術(shù)是使開關(guān)器件在零電壓或零電流狀態(tài)下開關(guān)，完成開關(guān)損耗為零，從而可將開關(guān)頻率進(jìn)步到兆赫級程度，此技術(shù)主要應(yīng)用于大功率系統(tǒng)，小功率系統(tǒng)中較少見。
關(guān)于供電方式，普通分為集中式供電系統(tǒng)和散布式供電。現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)普通采用采用散布式供電系統(tǒng)，以滿足高牢靠性設(shè)備的請求。
由于元器件直接決議了電源的牢靠性，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(diǎn)：制造質(zhì)量問題、器件牢靠性的問題、設(shè)計(jì)問題、損耗問題。在運(yùn)用中應(yīng)對此予以足夠注重。
關(guān)于電路拓?fù)洌?a href="http://m.ccdianlan.com" target=_blank>開關(guān)電源普通采用單端正激式、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?fù)洹Ｆ渲须p管正激式、雙正激式和半橋電路的開關(guān)管承壓僅為輸入電源電壓，60降額時(shí)選用600V的開關(guān)管比擬容易，而且不會(huì)呈現(xiàn)單向偏磁飽和的問題，普通來說這三種拓?fù)湓诟邏狠斎腚娐分械玫狡毡榈膽?yīng)用。
3、電源設(shè)備牢靠性熱設(shè)計(jì)技術(shù)
專家指出除電應(yīng)力之外，溫度是影響設(shè)備牢靠性最重要的要素之一，統(tǒng)計(jì)材料標(biāo)明電子元器件溫度每升高2℃，牢靠性降落10;溫升50℃時(shí)的壽命只要溫升25℃時(shí)的1/6。由于溫度的影響，就需求在技術(shù)上采取措施限制機(jī)箱及元器件的溫升——熱設(shè)計(jì)。熱設(shè)計(jì)的準(zhǔn)繩，一是減少發(fā)熱量，即選用更優(yōu)的控制方式和技術(shù)，如移相控制技術(shù)、同步整流技術(shù)等技術(shù)，另外就是選用低功耗的器件，減少發(fā)熱器件的數(shù)目，加大粗印制線的寬度，進(jìn)步電源的效率。二是增強(qiáng)散熱，即應(yīng)用傳導(dǎo)、輻射、對流技術(shù)將熱量轉(zhuǎn)移，這包括散熱器設(shè)計(jì)、風(fēng)冷(自然對流和強(qiáng)迫風(fēng)冷)設(shè)計(jì)、液冷(水、油)設(shè)計(jì)、熱電致冷設(shè)計(jì)、熱管設(shè)計(jì)等。強(qiáng)迫風(fēng)冷的散熱量比自然冷卻大十倍以上，但是要增加風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)電源、聯(lián)鎖安裝等，在設(shè)計(jì)中要依據(jù)實(shí)踐狀況選取散熱方式。
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