1 開關電源電氣可靠性工程設計技術

 

1.1 供電方式的選擇

 

供電方式一般分為：集中式供電係統和分布式供電。現代電力電子係統一般采用采用分布式供電係統，以滿足高可靠性設備的要求。

 

1.2 電路拓撲的選擇

 

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，而且不會出現單向偏磁飽和的問題

，這三種拓撲在高壓輸入電路中得到廣泛的應用。

 

1.3 功率因數校正技術

 

kaiguandianyuandexiebodianliuwurandianwang，ganraoleqitagongwangshebei，haikenenghuishicaiyongsanxiangsixianzhidezhongxiandianliuguoda，yinfashigu
，jiejuetujingzhiyishicaiyongjuyougonglvyinsuxiaozhengjishudekaiguandianyuan。

 

 

1.4 控製策略的選擇

 

在中小功率的電源中，電流型PWM控製是大量采用的方法，在DC-DC變換器中輸出紋波可以控製在10mV
，優於電壓型控製的常規電源。

 

硬開關技術因開關損耗的限製，開關頻率一般在350 kHz以下；軟(ruan)開(kai)關(guan)技(ji)術(shu)是(shi)使(shi)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)在(zai)零(ling)電(dian)壓(ya)或(huo)零(ling)電(dian)流(liu)狀(zhuang)態(tai)下(xia)開(kai)關(guan)，實(shi)現(xian)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)為(wei)零(ling)，從(cong)而(er)可(ke)將(jiang)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)提(ti)高(gao)到(dao)兆(zhao)赫(he)級(ji)水(shui)平(ping)
，此(ci)技(ji)術(shu)主(zhu)要(yao)應(ying)用(yong)於(yu)大(da)功(gong)率(lv)係(xi)統(tong)
，小(xiao)功(gong)率(lv)係(xi)統(tong)中(zhong)較(jiao)少(shao)見(jian)。

 

1.5 元器件的選用

 

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非常重要。元器件的失效主要集中在以下四點：製造質量問題、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。

 

1.6 保護電路

 

為使電源能在各種惡劣環境下可靠地工作
，應在設計時加入多種保護電路
，如防浪湧衝擊、過欠壓、過載
、短路、過熱等保護電路。

 

2 電磁兼容性（EMC）設計技術

 

開關電源多采用脈衝寬度調製（PWM）技術，脈衝波形呈矩形
，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複也會產生電磁幹擾（EMI），這是影響可靠性的不利因素
，這使得係統具有電磁兼容性成為重要問題。

 

產生電磁幹擾有三個必要條件：幹擾源、傳輸介質、敏感接收單元
，EMC設計就是破壞這三個條件中的一個。

 

對於開關電源而言，主要是抑製幹擾源，幹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。

 

3 電源設備可靠性熱設計技術

 

統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 ℃時的壽命隻有溫升25 ℃時的1/6。chuledianyinglizhiwai，wendushiyingxiangshebeikekaoxingzuizhongyaodeyinsu。zhejiuxuyaozaijishushangcaiqucuoshixianzhijixiangjiyuanqijiandewensheng，zhejiushiresheji。reshejideyuanze，yishijianshaofareliang
，jixuanyonggengyoudekongzhifangshihejishu，ruyixiangkongzhijishu
、tongbuzhengliujishudengjishu，lingwaijiushixuanyongdigonghaodeqijian，jianshaofareqijiandeshumu
，jiadacuyinzhixiandekuandu，tigaodianyuandexiaolv。ershijiaqiangsanre，jiliyongchuandao、輻射
、對流技術將熱量轉移，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、聯鎖裝置等，在設計中要根據實際情況選取散熱方式。

 

4 安全性設計技術

 

對dui於yu電dian源yuan而er言yan，安an全quan性xing曆li來lai被bei確que定ding為wei最zui重zhong要yao的de性xing能neng，不bu安an全quan的de產chan品pin不bu但dan不bu能neng完wan成cheng規gui定ding的de功gong能neng，而er且qie還hai有you可ke能neng發fa生sheng嚴yan重zhong事shi故gu，甚shen至zhi造zao成cheng機ji毀hui人ren亡wang的de巨ju大da損sun失shi。為wei保bao證zheng產chan品pin具ju有you相xiang當dang高gao的de安an全quan性xing，必bi須xu進jin行xing安an全quan性xing設she計ji。電dian源yuan產chan品pin安an全quan性xing設she計ji的de內nei容rong包bao括kuo防fang止zhi電dian危wei險xian、過熱危險。

 

對於商用設備市場，具有代表性的安全標準有UL
、CSA
、VDE等，內容因用途而異
，容許泄漏電流在0.5～5mA之間，我國用軍標準GJB1412規定的泄漏電流小於5 mA。電源設備對地泄漏電流的大小取決於EMI濾波器的Y電容的容量，如圖二所示。從EMI濾波器角度出發Y電容的容量越大越好，但從安全性角度出發Y電容的容量越小越好，Y電容的容量根據安全標準來決定。根據GJB151A，50 Hz設備小於0.1μF，400Hz設備小於0.02μF。若X電容器的安全性能欠佳
，電網瞬態尖峰出現時可能被擊穿
，它的擊穿不危及人身安全，但會使濾波器喪失濾波功能。

 

5 三防設計技術

 

三防設計是指防潮設計
、防鹽霧設計和防黴菌設計。凡應用我國長江以南

、沿海地區以及軍用電源均應進行三防設計。

 

電子設備的表麵在潮濕的海洋大氣中會吸附一層很薄的濕水層，即水膜，但水膜達到20～30fenzicenghoushi
，jiuxingchenghuaxuefushisuobixudedianjiezhimo
，zhezhongfuhanyanfendedianjiezhiduiluoludejinshubiaomianjuyouhenqiangdefushihuoxing。lingwaiwendutubian，zaikongqizhongchanshenglu 點，會使印製線間絕緣電阻下降
、元器件發黴，產生銅綠
、引腳被腐蝕斷裂等情況。

 

濕shi熱re環huan境jing為wei黴mei菌jun的de滋zi生sheng提ti供gong了le有you利li條tiao件jian。黴mei菌jun以yi電dian子zi設she備bei中zhong的de有you機ji物wu為wei養yang料liao
，吸xi附fu水shui分fen並bing分fen泌mi有you機ji酸suan，破po壞huai絕jue緣yuan
，引yin發fa短duan路lu
，加jia速su金jin屬shu腐fu蝕shi。

 

在工程上，可以選用耐蝕材料，再通過鍍

、塗(tu)或(huo)化(hua)學(xue)處(chu)理(li)即(ji)通(tong)過(guo)對(dui)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)及(ji)零(ling)部(bu)件(jian)的(de)表(biao)現(xian)覆(fu)蓋(gai)一(yi)屋(wu)金(jin)屬(shu)或(huo)非(fei)金(jin)屬(shu)保(bao)護(hu)膜(mo)，使(shi)之(zhi)與(yu)周(zhou)圍(wei)介(jie)質(zhi)隔(ge)離(li)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)防(fang)護(hu)的(de)目(mu)的(de)。在(zai)結(jie)構(gou)上(shang)采(cai)用(yong)密(mi)封(feng)或(huo)半(ban)密(mi)封(feng)形(xing)式(shi)來(lai)隔(ge)絕(jue)外(wai)部(bu)不(bu)利(li)環(huan)境(jing)。對(dui)印(yin)製(zhi)板(ban)及(ji)組(zu)件(jian)表(biao)現(xian)塗(tu)覆(fu)專(zhuan)用(yong)三(san)防(fang)清(qing)漆(qi)可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)避(bi)免(mian)導(dao)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)暈(yun)
、擊穿，提高電源的可靠性。變壓器應進行浸漆，端封，以防潮氣進入引發短路事故。

 

三(san)防(fang)設(she)計(ji)與(yu)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)往(wang)往(wang)是(shi)矛(mao)盾(dun)的(de)。如(ru)果(guo)三(san)防(fang)設(she)計(ji)優(you)異(yi)就(jiu)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)氣(qi)絕(jue)緣(yuan)性(xing)
，而(er)電(dian)氣(qi)絕(jue)緣(yuan)的(de)外(wai)殼(ke)就(jiu)沒(mei)有(you)好(hao)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)

，這(zhe)兩(liang)方(fang)麵(mian)需(xu)綜(zong)合(he)考(kao)慮(lv)。在(zai)整(zheng)機(ji)設(she)計(ji)中(zhong)
，應(ying)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)屏(ping)蔽(bi)與(yu)接(jie)地(di)要(yao)求(qiu)，采(cai)取(qu)合(he)理(li)的(de)工(gong)藝(yi)
，保(bao)證(zheng)有(you)電(dian)接(jie)觸(chu)的(de)表(biao)麵(mian)長(chang)期(qi)導(dao)通(tong)。

 

6 抗振性設計技術

 

振zhen動dong也ye是shi造zao成cheng電dian源yuan故gu障zhang的de一yi個ge重zhong要yao原yuan因yin。在zai振zhen動dong試shi驗yan中zhong常chang發fa生sheng鉭tan電dian容rong和he鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi引yin線xian被bei振zhen斷duan情qing況kuang

，這zhe些xie就jiu要yao求qiu加jia固gu設she計ji。一yi般ban可ke以yi用yong矽gui膠jiao固gu定ding鉭tan電dian容rong，給gei高gao度du超chao過guo25cm和直徑超過12cm的鋁電解電容器加裝固定夾，給印製板加裝肋條。

 

7 結束語

 

以(yi)上(shang)建(jian)議(yi)隻(zhi)是(shi)適(shi)用(yong)於(yu)工(gong)業(ye)品(pin)和(he)軍(jun)品(pin)電(dian)源(yuan)，對(dui)於(yu)商(shang)業(ye)級(ji)產(chan)品(pin)可(ke)以(yi)在(zai)某(mou)些(xie)方(fang)麵(mian)作(zuo)出(chu)不(bu)同(tong)的(de)選(xuan)擇(ze)。總(zong)之(zhi)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)高(gao)低(di)
，不(bu)僅(jin)跟(gen)電(dian)氣(qi)設(she)計(ji)，而(er)且(qie)跟(gen)裝(zhuang)配(pei)、工藝

、結構設計
、jiagongzhiliangdenggefangmianyouguan。kekaoxingshiyishejiweijichu

，zaishijigongchengyingyongshang
，haiyingtongguogezhongshiyanqudefankuishujulaiwanshansheji，jinyibutigaodianyuandekekaoxing。

 

 

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