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提高开关电源可靠性设计的六大可行性建议

来源:东莞市成良智能科技   发布时间:2018-10-12   点击量:95

       电子产品的质量是技术性和可靠性两方面的综合。开关电源作为一个电子系统中重要的部件,其可靠性决定了整个系统的可靠性,开关电源由于体积小,效率高而在各个领域得到广泛应用,如何提高它的可靠性是电力电子技术的一个重要方面。

开关电源电气可靠性工程设计技术

1.1 供电方式的选择

供电方式一般分为:集中式供电系统和分布式供电。现代电力电子系统一般采用采用分布式供电系统,以满足高可靠性设备的要求。

1.2 电路拓扑的选择

开关电源一般采用单端正激式、单端反激式、双管正激式、双单端正激式、双正激式、推挽式、半桥、全桥等八种拓扑。其中双管正激式、双正激式和半桥电路的开关管承压仅为输入电源电压,这三种拓扑在高压输入电路中得到广泛的应用。

1.3 功率因数校正技术

开关电源的谐波电流污染电网,干扰了其它共网设备,还可能会使采用三相四线制的中线电流过大,引发事故,解决途径之一是采用具有功率因素校正技术的开关电源。

1.4 控制策略的选择

在中小功率的开关电源中,电流型PWM控制是大量采用的方法,在DC-DC变换器中输出纹波可以控制在10mV,优于电压型控制的常规电源。

1.5 元器件的选用

因为元器件直接决定了开关电源的可靠性,所以元器件的选用是非常重要。元器件的失效主要集中在以下四点:制造质量问题、器件可靠性的问题、设计问题、损耗问题。在使用中应对此予以足够重视。

1.6 保护电路

为使开关电源能在各种恶劣环境下可靠地工作,应在设计时加入多种保护电路,如防浪涌冲击、过欠压、过载、短路、过热等保护电路。

电磁兼容性(EMC)设计技术

开关电源多采用脉冲宽度调制(PWM)技术,脉冲波形呈矩形,其上升沿与下降沿包含大量的谐波成分,另外输出整流管的反向恢复也会产生电磁干扰(EMI),这是影响可靠性的不利因素,这使得系统具有电磁兼容性成为重要问题。

对于开关电源而言,主要是抑制干扰源,干扰源集中在开关电路与输出整流电路。采用的技术包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等技术。

电源设备可靠性热设计技术

统计资料表明电子元器件温度每升高℃,可靠性下降10 %;温升50 ℃时的寿命只有温升25 ℃时的1/6。除了电应力之外,温度是影响设备可靠性最重要的因素。这就需要在技术上采取措施限制机箱及元器件的温升,这就是热设计。热设计的原则,一是减少发热量,即选用更优的控制方式和技术,如移相控制技术、同步整流技术等技术,另外就是选用低功耗的器件,减少发热器件的数目,加大粗印制线的宽度,提高电源的效率。二是加强散热,即利用传导、辐射、对流技术将热量转移,这包括散热器设计、风冷(自然对流和强迫风冷)设计、液冷(水、油)设计、热电致冷设计、热管设计等。

安全性设计技术

对于开关电源而言,安全性历来被确定为最重要的性能,不安全的产品不但不能完成规定的功能,而且还有可能发生严重事故,甚至造成机毁人亡的巨大损失。为保证产品具有相当高的安全性,必须进行安全性设计。电源产品安全性设计的内容包括防止电危险、过热危险。

三防设计技术

三防设计是指防潮设计、防盐雾设计和防霉菌设计。凡应用我国长江以南、沿海地区以及开关电源均应进行三防设计。

电子设备的表面在潮湿的海洋大气中会吸附一层很薄的湿水层,即水膜,但水膜达到2030分子层厚时,就形成化学腐蚀所必须的电解质膜,这种富含盐分的电解质对裸露的金属表面具有很强的腐蚀活性。另外温度突变,在空气中产生露点,会使印制线间绝缘电阻下降、元器件发霉,产生铜绿、引脚被腐蚀断裂等情况。

 在工程上,可以选用耐蚀材料,再通过镀、涂或化学处理即通过对电子设备及零部件的表现覆盖一屋金属或非金属保护膜,使之与周围介质隔离,从而达到防护的目的。在结构上采用密封或半密封形式来隔绝外部不利环境。对印制板及组件表现涂覆专用三防清漆可以有效避免导线之间的电晕、击穿,提高电源的可靠性。变压器应进行浸漆,端封,以防潮气进入引发短路事故。

抗振性设计技术

振动也是造成开关电源故障的一个重要原因。在振动试验中常发生钽电容和铝电解电容器引线被振断情况,这些就要求加固设计。一般可以用硅胶固定钽电容,给高度超过25cm和直径超过12cm的铝电解电容器加装固定夹,给印制板加装肋条。

热门标签:开关电源
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