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；ruankaiguanjishushishikaiguanqijianzailingdianyahuolingdianliuzhuangtaixiakaiguan，shixiankaiguansunhaoweiling，congerkejiangkaiguanpinlvtigaodaozhaohejishuiping，cijishuzhuyaoyingyongyudagonglvxitong，xiaogonglvxitongzhongjiaoshaojian。

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。

如圖1所示，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、同tong步bu整zheng流liu技ji術shu等deng技ji術shu
，另ling外wai就jiu是shi選xuan用yong低di功gong耗hao的de器qi件jian，減jian少shao發fa熱re器qi件jian的de數shu目mu，加jia大da粗cu印yin製zhi線xian的de寬kuan度du，提ti高gao電dian源yuan的de效xiao率lv。二er是shi加jia強qiang散san熱re，即ji利li用yong傳chuan導dao、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20～30分(fen)子(zi)層(ceng)厚(hou)時(shi)
，就(jiu)形(xing)成(cheng)化(hua)學(xue)腐(fu)蝕(shi)所(suo)必(bi)須(xu)的(de)電(dian)解(jie)質(zhi)膜(mo)
，這(zhe)種(zhong)富(fu)含(han)鹽(yan)分(fen)的(de)電(dian)解(jie)質(zhi)對(dui)裸(luo)露(lu)的(de)金(jin)屬(shu)表(biao)麵(mian)具(ju)有(you)很(hen)強(qiang)的(de)腐(fu)蝕(shi)活(huo)性(xing)。另(ling)外(wai)溫(wen)度(du)突(tu)變(bian)
，在(zai)空(kong)氣(qi)中(zhong)產(chan)生(sheng)露(lu)點(dian)，會(hui)使(shi)印(yin)製(zhi)線(xian)間(jian)絕(jue)緣(yuan)電(dian)阻(zu)下(xia)降(jiang)、元器件發黴，產生銅綠、引腳被腐蝕斷裂等情況。

shirehuanjingweimeijundezishengtigongleyoulitiaojian。meijunyidianzishebeizhongdeyoujiwuweiyangliao
，xifushuifenbingfenmiyoujisuan
，pohuaijueyuan，yinfaduanlu，jiasujinshufushi。

在工程上，可以選用耐蝕材料
，再通過鍍、tuhuohuaxuechulijitongguoduidianzishebeijilingbujiandebiaoxianfugaiyiwujinshuhuofeijinshubaohumo，shizhiyuzhouweijiezhigeli，congerdadaofanghudemude。zaijiegoushangcaiyongmifenghuobanmifengxingshilaigejuewaibubulihuanjing。duiyinzhibanjizujianbiaoxiantufuzhuanyongsanfangqingqikeyiyouxiaobimiandaoxianzhijiandedianyun、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。

sanfangshejiyudiancipingbiwangwangshimaodunde。ruguosanfangshejiyouyijiujuyoulianghaodedianqijueyuanxing，erdianqijueyuandewaikejiumeiyouhaodepingbixiaoguo，zheliangfangmianxuzonghekaolv。zaizhengjishejizhong，yingchongfenkaolvpingbiyujiediyaoqiu，caiquhelidegongyi，baozhengyoudianjiechudebiaomianchangqidaotong。

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(guo)25cm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、加jia工gong質zhi量liang等deng各ge方fang麵mian有you關guan。可ke靠kao性xing是shi以yi設she計ji為wei基ji礎chu，在zai實shi際ji工gong程cheng應ying用yong上shang
，還hai應ying通tong過guo各ge種zhong試shi驗yan取qu得de反fan饋kui數shu據ju來lai完wan善shan設she計ji，進jin一yi步bu提ti高gao電dian源yuan的de可ke靠kao性xing。