關于提高開關電源可靠性的方法
電子產(chǎn)品的質(zhì)量不可或缺的兩大性能——技術性和可靠性。作為一個成功電子產(chǎn)品的出臺，兩方面的綜合水平影響著產(chǎn)品質(zhì)量。電源作為一個電子系統(tǒng)中重要的部件，其可靠性決定了整個系統(tǒng)的安全性能，開關電源由于體積小，效率高而在各個領域得到廣泛應用，然而如何提高開關電源的可靠性則是電力電子技術大步跨越的重要轉(zhuǎn)折點。
1、電磁兼容性(EMC)設計技術
開關電源多采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術，脈沖波形呈矩形，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復也會產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，這是影響可靠性的不利因素，這使得系統(tǒng)具有電磁兼容性成為重要問題。其產(chǎn)生電磁干擾有三個必要條件：干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感接收單元，EMC設計就是破壞這三個條件中的一個。
對于開關電源而言，主要是抑制干擾源，干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。
2、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(tǒng)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℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6。由于溫度的影響，就需要在技術上采取措施限制機箱及元器件的溫升——熱設計。熱設計的原則，一是減少發(fā)熱量，即選用更優(yōu)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(fā)熱器件的數(shù)目，加大粗印制線的寬度，提高電源的效率。二是加強散熱，即利用傳導、輻射、對流技術將熱量轉(zhuǎn)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(lián)鎖裝置等，在設計中要根據(jù)實際情況選取散熱方式。
3、開關電源電氣可靠性工程設計技術
對于功率因數(shù)校正技術具體是指由于開關電源的諧波電流污染電網(wǎng)，干擾了其它共網(wǎng)設備，可能會使采用三相四線制的中線電流過大，引發(fā)事故，一般選擇的解決途徑是采用具有功率因素校正技術的開關電源。
在保護電路的方面，為使電源能在各種惡劣環(huán)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、過熱等保護電路措施。
對于控制策略的選擇，追溯于在中小功率的電源中，電流型PWM控制是大量采用的方法，在DC-DC變換器中輸出紋波可以控制在10mV，優(yōu)于電壓型控制的常規(guī)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(tài)下開關，實現(xiàn)開關損耗為零，從而可將開關頻率提高到兆赫級水平，此技術主要應用于大功率系統(tǒng)，小功率系統(tǒng)中較少見。
對于供電方式，一般分為集中式供電系統(tǒng)和分布式供電。現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)一般采用采用分布式供電系統(tǒng)，以滿足高可靠性設備的要求。
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：制造質(zhì)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。
對于電路拓撲，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(xiàn)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。
1、電磁兼容性(EMC)設計技術
開關電源多采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術，脈沖波形呈矩形，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復也會產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，這是影響可靠性的不利因素，這使得系統(tǒng)具有電磁兼容性成為重要問題。其產(chǎn)生電磁干擾有三個必要條件：干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感接收單元，EMC設計就是破壞這三個條件中的一個。
對于開關電源而言，主要是抑制干擾源，干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。
2、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(tǒng)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℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6。由于溫度的影響，就需要在技術上采取措施限制機箱及元器件的溫升——熱設計。熱設計的原則，一是減少發(fā)熱量，即選用更優(yōu)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(fā)熱器件的數(shù)目，加大粗印制線的寬度，提高電源的效率。二是加強散熱，即利用傳導、輻射、對流技術將熱量轉(zhuǎn)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(lián)鎖裝置等，在設計中要根據(jù)實際情況選取散熱方式。
3、開關電源電氣可靠性工程設計技術
對于功率因數(shù)校正技術具體是指由于開關電源的諧波電流污染電網(wǎng)，干擾了其它共網(wǎng)設備，可能會使采用三相四線制的中線電流過大，引發(fā)事故，一般選擇的解決途徑是采用具有功率因素校正技術的開關電源。
在保護電路的方面，為使電源能在各種惡劣環(huán)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、過熱等保護電路措施。
對于控制策略的選擇，追溯于在中小功率的電源中，電流型PWM控制是大量采用的方法，在DC-DC變換器中輸出紋波可以控制在10mV，優(yōu)于電壓型控制的常規(guī)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(tài)下開關，實現(xiàn)開關損耗為零，從而可將開關頻率提高到兆赫級水平，此技術主要應用于大功率系統(tǒng)，小功率系統(tǒng)中較少見。
對于供電方式，一般分為集中式供電系統(tǒng)和分布式供電。現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)一般采用采用分布式供電系統(tǒng)，以滿足高可靠性設備的要求。
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：制造質(zhì)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。
對于電路拓撲，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(xiàn)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。
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