電源產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)方法概述

　　中國(guó)現(xiàn)在的電源廠家很多，但是還沒(méi)有世界級(jí)品牌，為什么？眾多國(guó)內(nèi)電源廠家的產(chǎn)品功能很好，價(jià)格很低，但是還是競(jìng)爭(zhēng)力差，為什么？

　　重要原因：我們的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性差！國(guó)內(nèi)電子產(chǎn)品和國(guó)外領(lǐng)先企業(yè)產(chǎn)品的差距已經(jīng)不是功能性能的差距，而是質(zhì)量和可靠性上的差距。

　　質(zhì)量和可靠性差的主要原因是：設(shè)計(jì)水平低，缺乏硬件可靠應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

　　根據(jù)對(duì)電子產(chǎn)品失效分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，電源的失效率占據(jù)了非常高的比例，往往是名列前茅的，這一方面說(shuō)明了電源的可靠性比較低，另外一個(gè)方面也說(shuō)明了只要提高了電源的可靠性，就可以大幅提高整個(gè)產(chǎn)品的可靠性。而對(duì)于電源廠家而言也是提高自己產(chǎn)品可靠性，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要方面。

　　在電源的可靠性設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的可靠性技術(shù)主要采用的是老化試驗(yàn)等方法，說(shuō)到底是一種在產(chǎn)品后期進(jìn)行的“篩選”方法，而目前最新的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)階段就保證產(chǎn)品的可靠性，大量采用以下可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，我們把這些最新的技術(shù)應(yīng)用到電源的設(shè)計(jì)中，大大提高了電源的可靠性，帶來(lái)了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。下面分別做些簡(jiǎn)單介紹。

　　容差分析技術(shù)是當(dāng)前電子可靠性設(shè)計(jì)中最先進(jìn)的技術(shù)之一，代表著電子可靠性設(shè)計(jì)的一個(gè)重要發(fā)展方向。它是分析電路在最壞情況下，電路性能不會(huì)超過(guò)電路性能的規(guī)格要求，同時(shí)也保證器件所受的電應(yīng)力在可靠范圍內(nèi)，不會(huì)引起器件失效?？梢?jiàn)容差分析是一種全面系統(tǒng)分析電路可靠性的方法，必將在電子可靠性設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位。由于電源在整個(gè)電路中有著重要的地位，而且根據(jù)歷史失效率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，電源失效往往占整個(gè)電路的主要部分，因此在電源設(shè)計(jì)中引入容差分析是有著重要意義的。根據(jù)我們?cè)陔娫丛O(shè)計(jì)中采用容差分析的經(jīng)驗(yàn)，可以保證電源在最壞情況下，電源輸出電平飄移、電源紋波、上下電時(shí)器件承受的最大電應(yīng)力等關(guān)鍵指標(biāo)都可以控制在要求的范圍內(nèi)，電源的可靠性得到了很大的提高。

　　降額設(shè)計(jì)是一種比較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)。以前做降額設(shè)計(jì)時(shí)，先估計(jì)器件上的電壓、電流和功率，然后套用器件降額表，確定器件的降額系數(shù)。這種估計(jì)的方法取決于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，也主要是估計(jì)器件上的靜態(tài)電應(yīng)力，無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)器件的瞬態(tài)應(yīng)力，可以說(shuō)是一種“靜態(tài)”的方法，同時(shí)這種方法也比較耗費(fèi)時(shí)間。但是根據(jù)我們的失效分析經(jīng)驗(yàn)，器件失效的主要原因是受到瞬態(tài)的過(guò)電應(yīng)力。所以我們新的降額設(shè)計(jì)主要是采用對(duì)電路的仿真方法，準(zhǔn)確分析電路中的各個(gè)器件的瞬態(tài)電應(yīng)力和器件的結(jié)溫，然后直接在仿真軟件中設(shè)置器件的降額系數(shù)，直接輸出器件的應(yīng)力分析和降額情況。大大提高了降額設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和效率。

　　與降額設(shè)計(jì)相反的是升額設(shè)計(jì)，大多器件在使用時(shí)必須要在器件手冊(cè)給定的參數(shù)范圍內(nèi)，但是在商用產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，有時(shí)我們必須要使用商業(yè)級(jí)器件(0－70℃)去適應(yīng)其他的溫度范圍，如某些終端產(chǎn)品常常在低于0℃的情況下使用，這時(shí)候必須要評(píng)估器件在低溫下的參數(shù)變化，和器件在低溫下承受電應(yīng)力的變化，保證器件在低溫情況下使用的可靠性。升額設(shè)計(jì)就是這樣一套系統(tǒng)的方法，用來(lái)評(píng)估器件在超出器件正常溫度范圍的下的使用情況。

　　在電源設(shè)計(jì)中是必須要做SI分析和EMC分析的，在SI分析中現(xiàn)在又派生出了一個(gè)新的分支——PI(電源完整性分析)，主要就是分析電源電路在高頻情況和必須考慮器件的分布參數(shù)時(shí)，其電平輸出性能變化?？梢?jiàn)電源可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)又有了一個(gè)重要的發(fā)展，也充分說(shuō)明了電源可靠性設(shè)計(jì)的地位也日益重要。隨著SI和EMC仿真工具日益發(fā)展，實(shí)用化程度大大提高，今天的SI和EMC分析已經(jīng)越來(lái)越多由傳統(tǒng)的測(cè)試試驗(yàn)方法轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎梅抡娣治龅姆椒āＲ酝娫丛O(shè)計(jì)中的高頻分量下的各器件的分布參數(shù)對(duì)電源性能的影響一直是困擾電源設(shè)計(jì)人員的難題，往往只有資深的工程師憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，如今憑借這些工具，即使年輕的工程師也有可能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量、高可靠性的電源，充分體現(xiàn)出了可靠性技術(shù)發(fā)展的力量。

　　電應(yīng)力設(shè)計(jì)除了和容差分析和降額設(shè)計(jì)可以融合一起使用外，在電源設(shè)計(jì)中另外要關(guān)注的是上下電分析和緩啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，根據(jù)對(duì)電源失效分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和電源應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，這兩個(gè)方面是影響電源可靠性的主要因素，也是國(guó)內(nèi)電源設(shè)計(jì)人員往往容易忽視的。上下電是電源應(yīng)用中兩個(gè)關(guān)鍵的時(shí)刻，大部分的電源失效也發(fā)生在這兩個(gè)時(shí)刻。上下電時(shí)的電應(yīng)力分析也成為設(shè)計(jì)人員必做的功課。解決的方法主要就是增加上電時(shí)的緩啟動(dòng)電路和下電時(shí)放電電路，以保證上電時(shí)電源輸出得到有效控制，同時(shí)又保證電源和應(yīng)用電路中的器件承受的電應(yīng)力都在可靠的范圍內(nèi)。以此來(lái)提高電源的可靠性。

　　電源可靠性不可忽視的一個(gè)重要因素就是對(duì)各種環(huán)境的適應(yīng)能力，高低溫、氣壓、煙霧、大氣成分等各種環(huán)境因素都會(huì)影響電源的可靠性，如低氣壓對(duì)電源中廣泛使用的電解電容壽命有很大影響，大氣污染對(duì)電源可靠性有致命影響，低溫對(duì)電源的啟動(dòng)影響也不能忽略等等。如果任一個(gè)因素沒(méi)有考慮到，電源在某種特定環(huán)境下使用，就會(huì)帶來(lái)非常高比例的失效率，引起整個(gè)電子產(chǎn)品的全面返修和招回，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這樣非常慘痛的案例已經(jīng)不止發(fā)生一次了。

　　電源模塊的熱設(shè)計(jì)和一般的熱設(shè)計(jì)不一樣，一般的熱設(shè)計(jì)主要是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的散熱通道進(jìn)行分析，對(duì)電路中的器件只是進(jìn)行穩(wěn)態(tài)的功耗假定。而電源模塊中的熱設(shè)計(jì)主要是對(duì)其中的大功率器件的瞬態(tài)溫度進(jìn)行分析，看是否超過(guò)器件的絕對(duì)溫度范圍。這種器件級(jí)的瞬態(tài)熱分析是當(dāng)前熱設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的最新發(fā)展，也是器件可靠性設(shè)計(jì)中的最新重要部分。

　　電源的安全設(shè)計(jì)主要關(guān)注的是電源中各器件的安全性選型、電源模塊中PCB走線的爬電距離是否符合安全間距規(guī)范、電源在發(fā)生失效的情況下也不會(huì)輸出過(guò)高的電壓，以免引起電源和外部電路的重大安全隱患，特別是不引起明火等。

　　國(guó)際領(lǐng)先的大公司，對(duì)這些設(shè)計(jì)方法均有專業(yè)團(tuán)隊(duì)來(lái)保障，為了滿足國(guó)內(nèi)企業(yè)的需求，針對(duì)每種設(shè)計(jì)方法，深圳市易瑞來(lái)公司均有專家負(fù)責(zé)研究和追蹤業(yè)界最新的進(jìn)展，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，可以幫助企業(yè)建立自己的設(shè)計(jì)規(guī)范，幫助電子工程師迅速掌握這些方法并指導(dǎo)實(shí)踐。在應(yīng)用實(shí)踐中證明，只要全面采用易瑞來(lái)公司的電子可靠性工程技術(shù)，電源產(chǎn)品的可靠性一定會(huì)有大幅的提高。