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如何通過元器件選型提高開關(guān)電源可靠性?

發(fā)布時間:2012-12-30 責(zé)任編輯:easonxu

【導(dǎo)讀】電源作為一個電子系統(tǒng)中重要的部件,其可靠性決定了整個系統(tǒng)的安全性能,而元器件又直接決定了電源的可靠性,所以元器件的選用也是尤為重要。通過元器件選型提高開關(guān)電源可靠性,是電力電子技術(shù)大步跨越的重要轉(zhuǎn)折點。


現(xiàn)如今,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。作為一個成功電子產(chǎn)品的出臺,兩方面的綜合水平影響著產(chǎn)品質(zhì)量。電源作為一個電子系統(tǒng)中重要的部件,其可靠性決定了整個系統(tǒng)的安全性能,開關(guān)電源由于體積小,效率高而在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,然而如何提高開關(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。

電磁兼容性(EMC)設(shè)計技術(shù)

開關(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題。其產(chǎn)生電磁干擾有三個必要條件:干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感接收單元,EMC設(shè)計就是破壞這三個條件中的一個。

對于開關(guān)電源而言,主要是抑制干擾源,干擾源集中在開關(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)。

開關(guān)電源電氣可靠性工程設(shè)計技術(shù)

對于功率因數(shù)校正技術(shù)具體是指由于開關(guān)電源的諧波電流污染電網(wǎng),干擾了其它共網(wǎng)設(shè)備,可能會使采用三相四線制的中線電流過大,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)計時加入多種保護(hù)電路,如防浪涌沖擊、過欠壓、過載、短路、過熱等保護(hù)電路措施。

對于控制策略的選擇,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。硬開關(guān)技術(shù)因開關(guān)損耗的限制,開關(guān)頻率一般在350kHz以下;軟開關(guān)技術(shù)是使開關(guān)器件在零電壓或零電流狀態(tài)下開關(guān),實現(xiàn)開關(guān)損耗為零,從而可將開關(guān)頻率提高到兆赫級水平,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。

對于供電方式,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。

因為元器件直接決定了電源的可靠性,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:制造質(zhì)量問題、器件可靠性的問題、設(shè)計問題、損耗問題。在使用中應(yīng)對此予以足夠重視。

對于電路拓?fù)?,開關(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)洹F渲须p管正激式、雙正激式和半橋電路的開關(guān)管承壓僅為輸入電源電壓,60降額時選用600V的開關(guān)管比較容易,而且不會出現(xiàn)單向偏磁飽和的問題,一般來說這三種拓?fù)湓诟邏狠斎腚娐分械玫綇V泛的應(yīng)用。

電源設(shè)備可靠性熱設(shè)計技術(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℃時的壽命只有溫升25℃時的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。熱設(shè)計的原則,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、對流技術(shù)將熱量轉(zhuǎn)移,這包括散熱器設(shè)計、風(fēng)冷(自然對流和強(qiáng)迫風(fēng)冷)設(shè)計、液冷(水、油)設(shè)計、熱電致冷設(shè)計、熱管設(shè)計等。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)計中要根據(jù)實際情況選取散熱方式。
 
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