開關(guān)電源可靠性設(shè)計研究

摘要：對影響軍用PWM型開關(guān)穩(wěn)壓電源可靠性的因素作出較為詳細(xì)的分析比較，并從工程實(shí)際出發(fā)提出一些提高開關(guān)電源可靠性的建議。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源可靠性

The Reliability Design of Switching Power Supply

Abstract:This paper analyzed detailed the reliability design of PWM Switching stabilized voltage power supply for military.and make some proposals for reliability improving of switching power supply.

Keywords:Switching Power supper,Reliability

中圖法分類號：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：02192713(2000)1156005

1引言

電子產(chǎn)品，特別是軍用穩(wěn)壓電源的設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，不但要考慮電源本身參數(shù)設(shè)計，還要考慮電氣設(shè)計、電磁兼容設(shè)計、熱設(shè)計、安全性設(shè)計、三防設(shè)計等方面。因?yàn)槿魏畏矫婺桥率亲钗⑿〉氖韬?，都可能?dǎo)致整個電源的崩潰，所以我們應(yīng)充分認(rèn)識到電源產(chǎn)品可靠性設(shè)計的重要性。

2開關(guān)電源電氣可靠性設(shè)計

2.1供電方式的選擇

　　集中式供電系統(tǒng)各輸出之間的偏差以及由于傳輸距離的不同而造成的壓差降低了供電質(zhì)量，而且應(yīng)用單臺電源供電，當(dāng)電源發(fā)生故障時可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。分布式供電系統(tǒng)因供電單元靠近負(fù)載，改善了動態(tài)響應(yīng)特性，供電質(zhì)量好，傳輸損耗小，效率高，節(jié)約能源，可靠性高，容易組成N＋1冗余供電系統(tǒng)，擴(kuò)展功率也相對比較容易。所以采用分布式供電系統(tǒng)可以滿足高可靠性設(shè)備的要求。

2.2電路拓?fù)涞倪x擇

　　開關(guān)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?fù)洹味苏な?、單端反激式、雙單端正激式、推挽式的開關(guān)管的承壓在兩倍輸入電壓以上，如果按60％降額使用，則使開關(guān)管不易選型。在推挽和全橋拓?fù)渲锌赡艹霈F(xiàn)單向偏磁飽和，使開關(guān)管損壞，而半橋電路因?yàn)榫哂凶詣涌共黄胶饽芰?，所以就不會出現(xiàn)這個問題。雙管正激式和半橋電路開關(guān)管的承壓僅為電源的最大輸入電壓，即使按60％降額使用，選用開關(guān)管也比較容易。在高可靠性工程上一般選用這兩類電路拓?fù)洹?/span>

2.3控制策略的選擇

　　在中小功率的電源中，電流型PWM控制是大量采用的方法，它較電壓控制型有如下優(yōu)點(diǎn)：逐周期電流限制，比電壓型控制更快，不會因過流而使開關(guān)管損壞，大大減小過載與短路的保護(hù)；優(yōu)良的電網(wǎng)電壓調(diào)整率；迅捷的瞬態(tài)響應(yīng)；環(huán)路穩(wěn)定，易補(bǔ)償；紋波比電壓控制型小得多。生產(chǎn)實(shí)踐表明電流控制型的50W開關(guān)電源的輸出紋波在25mV左右，遠(yuǎn)優(yōu)于電壓控制型。

　　硬開關(guān)技術(shù)因開關(guān)損耗的限制，開關(guān)頻率一般在350kHz以下，軟開關(guān)技術(shù)是應(yīng)用諧振原理，使開關(guān)器件在零電壓或零電流狀態(tài)下通斷，實(shí)現(xiàn)開關(guān)損耗為零，從而可將開關(guān)頻率提高到兆赫級水平，這種應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)的變換器綜合了PWM變換器和諧振變換器兩者的優(yōu)點(diǎn)，接近理想的特性，如低開關(guān)損耗、恒頻控制、合適的儲能元件尺寸、較寬的控制范圍及負(fù)載范圍，但是此項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于大功率電源，中小功率電源中仍以PWM技術(shù)為主。

2.4元器件的選用

　　因?yàn)樵骷苯記Q定了電源的可靠性，所以元器件的選用非常重要。元器件的失效主要集中在以下四個方面：

　　（1)制造質(zhì)量問題

　　質(zhì)量問題造成的失效與工作應(yīng)力無關(guān)。質(zhì)量不合格的可以通過嚴(yán)格的檢驗(yàn)加以剔除，在工程應(yīng)用時應(yīng)選用定點(diǎn)生產(chǎn)廠家的成熟產(chǎn)品，不允許使用沒有經(jīng)過認(rèn)證的產(chǎn)品。

　?。?)元器件可靠性問題

　　元器件可靠性問題即基本失效率的問題，這是一種隨機(jī)性質(zhì)的失效，與質(zhì)量問題的區(qū)別是元器件的失效率取決于工作應(yīng)力水平。在一定的應(yīng)力水平下，元器件的失效率會大大下降。為剔除不符合使用要求的元器件，包括電參數(shù)不合格、密封性能不合格、外觀不合格、穩(wěn)定性差、早期失效等，應(yīng)進(jìn)行篩選試驗(yàn)，這是一種非破壞性試驗(yàn)。通過篩選可使元器件失效率降低1～2個數(shù)量級，當(dāng)然篩選試驗(yàn)代價(時間與費(fèi)用)很大，但綜合維修、后勤保障、整架聯(lián)試等還是合算的，研制周期也不會延長。電源設(shè)備主要元器件的篩選試驗(yàn)一般要求：

　?、匐娮柙谑覝叵掳醇夹g(shù)條件進(jìn)行100％測試，剔除不合格品。

　?、谄胀娙萜髟谑覝叵掳醇夹g(shù)條件進(jìn)行100％測試，剔除不合格品。

　?、劢硬寮醇夹g(shù)條件抽樣檢測各種參數(shù)。

　?、馨雽?dǎo)體器件按以下程序進(jìn)行篩選：

目檢齔醪猢齦呶輪存齦叩臀魯寤鰻齙綣β世匣齦呶虜饈冤齙臀虜饈冤齔Ｎ虜饈

　　篩選結(jié)束后應(yīng)計算剔除率Q　　式中：N——受試樣品總數(shù)；

n——被剔除的樣品數(shù)；

如果Q超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值，則本批元器件全部不準(zhǔn)上機(jī)，并按有關(guān)規(guī)定處理。

　　在符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時，則將篩選合格的元器件打漆點(diǎn)標(biāo)注，然后入專用庫房供裝機(jī)使用。