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高品质开关电源的可靠性规划技巧

高品质开关电源的可靠性设计技巧-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,首先我们要选择最适合的电路拓扑。

  电子产品的质量是技能性和可靠性两方面的归纳。电源作为一个电子体系中重要的部件,其可靠性决议了整个体系的可靠性,开关电源由于体积小,功率高而在各个领域得到广泛运用,怎么进步它的可靠性是电力电子技能的一个重要方面。

   开关电源电气可靠性工程规划技能

  1.1 供电办法的挑选

  供电办法一般分为:会集式供电体系和分布式供电。现代电力电子体系一般选用选用分布式供电体系,以满意高可靠性设备的要求。

  1.2 电路拓扑的挑选

  开关电源一般选用单规矩激式、单端反激式、双管正激式、双单规矩激式、双正激式、推挽式、半桥、全桥等八种拓扑。其间双管正激式、双正激式和半桥电路的开关管承压仅为输入电源电压,60%降额时选用600V的开关管比较简单,并且不会呈现单向偏磁饱满的问题,这三种拓扑在高压输入电路中得到广泛的运用。

  1 .3 功率因数校对技能

  开关电源的谐波电流污染电网,搅扰了其它共网设备,还或许会使选用三相四线制的中线电流过大,引发事端,处理途径之一是选用具有功率要素校对技能的开关电源。

  1.4 操控战略的挑选

  在中小功率的电源中,电流型PWM操控是很多选用的办法,在DC-DC变换器中输出纹波能够操控在10mV,优于电压型操控的惯例电源。

  硬开关技能因开关损耗的约束,开关频率一般在350 kHz以下;软开关技能是使开关器材在零电压或零电流状态下开关,完结开关损耗为零,然后可将开关频率进步到兆赫级水平,此技能首要运用于大功率体系,小功率体系中较少见。

  1.5 元器材的选用

  由于元器材直接决议了电源的可靠性,所以元器材的选用是非常重要。元器材的失效首要会集在以下四点:制作质量问题、器材可靠性的问题、规划问题、损耗问题。在运用中应对此予以满足注重。

  1.6 维护电路

  为使电源能在各种恶劣环境下可靠地作业,应在规划时参加多种维护电路,如防浪涌冲击、过欠压、过载、短路、过热等维护电路。

  2 电磁兼容性(EMC)规划技能

  开关电源多选用脉冲宽度调制(PWM)技能,脉冲波形呈矩形,其上升沿与下降沿包含很多的谐波成分,别的输出整流管的反向恢复也会产生电磁搅扰(EMI),这是影响可靠性的晦气要素,这使得体系具有电磁兼容性成为重要问题。

  如图1所示,产生电磁搅扰有三个必要条件:搅扰源、传输介质、灵敏接纳单元,EMC规划便是损坏这三个条件中的一个。

  关于开关电源而言,首要是按捺搅扰源,搅扰源会集在开关电路与输出整流电路。选用的技能包含滤波技能、布局与布线技能、屏蔽技能、接地技能、密封技能等技能。

  3 电源设备可靠性热规划技能

  统计资料标明电子元器材温度每升高2 ℃,可靠性下降10 %;温升50 ℃时的寿数只要温升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要素。这就需求在技能上采纳办法约束机箱及元器材的温升,这便是热规划。热规划的准则,一是削减发热量,即选用更优的操控办法和技能,如移相操控技能、同步整流技能等技能,别的便是选用低功耗的器材,削减发热器材的数目,加大粗印制线的宽度,进步电源的功率。二是加强散热,即使用传导、辐射、对流技能将热量搬运,这包含散热器规划、风冷(天然对流和逼迫风冷)规划、液冷(水、油)规划、热电致冷规划、热管规划等。

  逼迫风冷的散热量比天然冷却大十倍以上,可是要添加风机、风机电源、联锁设备等,在规划中要依据实践状况选取散热办法。

  4 安全性规划技能

  关于电源而言,安全性向来被确定为最重要的功用,不安全的产品不光不能完结规则的功用,并且还有或许产生严重事端,乃至构成机毁人亡的巨大损失。为确保产品具有适当高的安全性,有必要进行安全性规划。电源产品安全性规划的内容包含防止电风险、过热风险。

  关于商用设备商场,具有代表性的安全规范有UL、CSA、VDE等,内容因用处而异,容许走漏电流在0.5~5mA之间,我国用军规范GJB1412规则的走漏电流小于5 mA。电源设备对地走漏电流的巨细取决于EMI滤波器的Y电容的容量,如图二所示。从EMI滤波器视点动身Y电容的容量越大越好,但从安全性视点动身Y电容的容量越小越好,Y电容的容量依据安全规范来决议。依据GJB151A,50 Hz设备小于0.1μF,400Hz设备小于0.02μF。若X电容器的安全功用欠佳,电网瞬态尖峰呈现时或许被击穿,它的击穿不危及人身安全,但会使滤波器损失滤波功用。

  5 三防规划技能

  三防规划是指防潮规划、防盐雾规划和防霉菌规划。凡运用我国长江以南、沿海地区以及军用电源均应进行三防规划。

  电子设备的外表在湿润的海洋大气中会吸附一层很薄的湿水层,即水膜,但水膜到达20~30分子层厚时,就构成化学腐蚀所有必要的电解质膜,这种富含盐分的电解质对暴露的金属外表具有很强的腐蚀活性。别的温度骤变,在空气中产生露点,会使印制线间绝缘电阻下降、元器材发霉,产生铜绿、引脚被腐蚀开裂等状况。

  湿热环境为霉菌的繁殖供给了有利条件。霉菌以电子设备中的有机物为养料,吸附水分并排泄有机酸,损坏绝缘,引发短路,加快金属腐蚀。

  在工程上,能够选用耐蚀资料,再经过镀、涂或化学处理即经过对电子设备及零部件的体现掩盖一屋金属或非金属维护膜,使之与周围介质隔离,然后到达防护的意图。在结构上选用密封或半密封方式来阻隔外部晦气环境。对印制板及组件体现涂覆专用三防清漆能够有用防止导线之间的电晕、击穿,进步电源的可靠性。变压器应进行浸漆,端封,以防潮气进入引发短路事端。

  三防规划与电磁屏蔽往往是对立的。假如三防规划优异就具有杰出的电气绝缘性,而电气绝缘的外壳就没有好的屏蔽作用,这两方面需归纳考虑。在整机规划中,应充分考虑屏蔽与接地要求,采纳合理的工艺,确保有电触摸的外表长时间导通。

  6 抗振性规划技能

  振荡也是构成电源毛病的一个重要原因。在振荡实验中常产生钽电容和铝电解电容器引线被振断状况,这些就要求加固规划。一般能够用硅胶固定钽电容,给高度超越25cm和直径超越12cm的铝电解电容器加装固定夹,给印制板加装肋条。

  7 结束语

  以上主张仅仅适用于工业品和军品电源,关于商业级产品能够在某些方面作出不同的挑选。总归电源设备可靠性的凹凸,不只跟电气规划,并且跟安装、工艺、结构规划、加工质量等各方面有关。可靠性是以规划为根底,在实践工程运用上,还应经过各种实验获得反应数据来完善规划,进一步进步电源的可靠性。

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