關(guān)于提高開(kāi)關(guān)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(shù)性和可靠性。作為一個(gè)成功電子產(chǎn)品的出臺(tái)，兩方面的綜合水平影響著產(chǎn)品質(zhì)量。電源作為一個(gè)電子系統(tǒng)中重要的部件，其可靠性決定了整個(gè)系統(tǒng)的安全性能，開(kāi)關(guān)電源由于體積小，效率高而在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，然而如何提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性則是電力電子技術(shù)大步跨越的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
1、電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)技術(shù)
開(kāi)關(guān)電源多采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，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(fù)也會(huì)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(wèn)題。其產(chǎn)生電磁干擾有三個(gè)必要條件：干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感接收單元，EMC設(shè)計(jì)就是破壞這三個(gè)條件中的一個(gè)。
對(duì)于開(kāi)關(guān)電源而言，主要是抑制干擾源，干擾源集中在開(kāi)關(guān)電路與輸出整流電路。采用的技術(shù)包括濾波技術(shù)、布局與布線技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、密封技術(shù)等技術(shù)。
2、電源設(shè)備可靠性熱設(shè)計(jì)技術(shù)
專家指出除電應(yīng)力之外，溫度是影響設(shè)備可靠性最重要的因素之一，統(tǒng)計(jì)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(shí)的壽命只有溫升25℃時(shí)的1/6。由于溫度的影響，就需要在技術(shù)上采取措施限制機(jī)箱及元器件的溫升——熱設(shè)計(jì)。熱設(shè)計(jì)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(shù)，如移相控制技術(shù)、同步整流技術(shù)等技術(shù)，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(qiáng)散熱，即利用傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流技術(shù)將熱量轉(zhuǎn)移，這包括散熱器設(shè)計(jì)、風(fēng)冷(自然對(duì)流和強(qiáng)迫風(fēng)冷)設(shè)計(jì)、液冷(水、油)設(shè)計(jì)、熱電致冷設(shè)計(jì)、熱管設(shè)計(jì)等。強(qiáng)迫風(fēng)冷的散熱量比自然冷卻大十倍以上，但是要增加風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)電源、聯(lián)鎖裝置等，在設(shè)計(jì)中要根據(jù)實(shí)際情況選取散熱方式。
3、開(kāi)關(guān)電源電氣可靠性工程設(shè)計(jì)技術(shù)
對(duì)于功率因數(shù)校正技術(shù)具體是指由于開(kāi)關(guān)電源的諧波電流污染電網(wǎng)，干擾了其它共網(wǎng)設(shè)備，可能會(huì)使采用三相四線制的中線電流過(guò)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(shù)的開(kāi)關(guān)電源。
在保護(hù)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(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)加入多種保護(hù)電路，如防浪涌沖擊、過(guò)欠壓、過(guò)載、短路、過(guò)熱等保護(hù)電路措施。
對(duì)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(kāi)關(guān)技術(shù)因開(kāi)關(guān)損耗的限制，開(kāi)關(guān)頻率一般在350kHz以下;軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是使開(kāi)關(guān)器件在零電壓或零電流狀態(tài)下開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)損耗為零，從而可將開(kāi)關(guān)頻率提高到兆赫級(jí)水平，此技術(shù)主要應(yīng)用于大功率系統(tǒng)，小功率系統(tǒng)中較少見(jiàn)。
對(duì)于供電方式，一般分為集中式供電系統(tǒng)和分布式供電�，F(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(shè)備的要求。
因?yàn)樵骷苯記Q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(diǎn)：制造質(zhì)量問(wèn)題、器件可靠性的問(wèn)題、設(shè)計(jì)問(wèn)題、損耗問(wèn)題。在使用中應(yīng)對(duì)此予以足夠重視。
對(duì)于電路拓?fù)洌?a href="http://m.mdjyxy.cn" target=_blank>開(kāi)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)�。其中雙管正激式、雙正激式和半橋電路的開(kāi)關(guān)管承壓僅為輸入電源電壓，60降額時(shí)選用600V的開(kāi)關(guān)管比較容易，而且不會(huì)出現(xiàn)單向偏磁飽和的問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)這三種拓?fù)湓诟邏狠斎腚娐分械玫綇V泛的應(yīng)用。
1、電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)技術(shù)
開(kāi)關(guān)電源多采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，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(fù)也會(huì)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(wèn)題。其產(chǎn)生電磁干擾有三個(gè)必要條件：干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感接收單元，EMC設(shè)計(jì)就是破壞這三個(gè)條件中的一個(gè)。
對(duì)于開(kāi)關(guān)電源而言，主要是抑制干擾源，干擾源集中在開(kāi)關(guān)電路與輸出整流電路。采用的技術(shù)包括濾波技術(shù)、布局與布線技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、密封技術(shù)等技術(shù)。
2、電源設(shè)備可靠性熱設(shè)計(jì)技術(shù)
專家指出除電應(yīng)力之外，溫度是影響設(shè)備可靠性最重要的因素之一，統(tǒng)計(jì)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(shí)的壽命只有溫升25℃時(shí)的1/6。由于溫度的影響，就需要在技術(shù)上采取措施限制機(jī)箱及元器件的溫升——熱設(shè)計(jì)。熱設(shè)計(jì)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(shù)，如移相控制技術(shù)、同步整流技術(shù)等技術(shù)，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(qiáng)散熱，即利用傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流技術(shù)將熱量轉(zhuǎn)移，這包括散熱器設(shè)計(jì)、風(fēng)冷(自然對(duì)流和強(qiáng)迫風(fēng)冷)設(shè)計(jì)、液冷(水、油)設(shè)計(jì)、熱電致冷設(shè)計(jì)、熱管設(shè)計(jì)等。強(qiáng)迫風(fēng)冷的散熱量比自然冷卻大十倍以上，但是要增加風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)電源、聯(lián)鎖裝置等，在設(shè)計(jì)中要根據(jù)實(shí)際情況選取散熱方式。
3、開(kāi)關(guān)電源電氣可靠性工程設(shè)計(jì)技術(shù)
對(duì)于功率因數(shù)校正技術(shù)具體是指由于開(kāi)關(guān)電源的諧波電流污染電網(wǎng)，干擾了其它共網(wǎng)設(shè)備，可能會(huì)使采用三相四線制的中線電流過(guò)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(shù)的開(kāi)關(guān)電源。
在保護(hù)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(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)加入多種保護(hù)電路，如防浪涌沖擊、過(guò)欠壓、過(guò)載、短路、過(guò)熱等保護(hù)電路措施。
對(duì)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(kāi)關(guān)技術(shù)因開(kāi)關(guān)損耗的限制，開(kāi)關(guān)頻率一般在350kHz以下;軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是使開(kāi)關(guān)器件在零電壓或零電流狀態(tài)下開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)損耗為零，從而可將開(kāi)關(guān)頻率提高到兆赫級(jí)水平，此技術(shù)主要應(yīng)用于大功率系統(tǒng)，小功率系統(tǒng)中較少見(jiàn)。
對(duì)于供電方式，一般分為集中式供電系統(tǒng)和分布式供電�，F(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(shè)備的要求。
因?yàn)樵骷苯記Q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(diǎn)：制造質(zhì)量問(wèn)題、器件可靠性的問(wèn)題、設(shè)計(jì)問(wèn)題、損耗問(wèn)題。在使用中應(yīng)對(duì)此予以足夠重視。
對(duì)于電路拓?fù)洌?a href="http://m.mdjyxy.cn" target=_blank>開(kāi)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)�。其中雙管正激式、雙正激式和半橋電路的開(kāi)關(guān)管承壓僅為輸入電源電壓，60降額時(shí)選用600V的開(kāi)關(guān)管比較容易，而且不會(huì)出現(xiàn)單向偏磁飽和的問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)這三種拓?fù)湓诟邏狠斎腚娐分械玫綇V泛的應(yīng)用。
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