如何通过元器件选型提高开关电源可靠性?

  开关电源电气可靠性工程设计技术

  对于功率因数校正技术具体是指由于开关电源的谐波电流污染电网,干扰了其它共网设备,可能会使采用三相四线制的中线电流过大,引发事故,一般选择的解决途径是采用具有功率因素校正技术的开关电源

  在保护电路的方面,为使电源能在各种恶劣环境下可靠地工作,应在设计时加入多种保护电路,如防浪涌冲击、过欠压、过载、短路、过热等保护电路措施。

  对于控制策略的选择,追溯于在中小功率的电源中,电流型PWM控制是大量采用的方法,在DC-DC变换器中输出纹波可以控制在10mV,优于电压型控制的常规电源。硬开关技术因开关损耗的限制,开关频率一般在350kHz以下;软开关技术是使开关器件在零电压或零电流状态下开关,实现开关损耗为零,从而可将开关频率提高到兆赫级水平,此技术主要应用于大功率系统,小功率系统中较少见。

  对于供电方式,一般分为集中式供电系统和分布式供电。现代电力电子系统一般采用采用分布式供电系统,以满足高可靠性设备的要求。

  因为元器件直接决定了电源的可靠性,所以元器件的选用是尤为重要。元器件的失效主要集中在以下四点:制造质量问题、器件可靠性的问题、设计问题、损耗问题。在使用中应对此予以足够重视。

  对于电路拓扑,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。其中双管正激式、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的开关管比较容易,而且不会出现单向偏磁饱和的问题,一般来说这三种拓扑在高压输入电路中得到广泛的应用。

  电源设备可靠性热设计技术

  专家指出除电应力之外,温度是影响设备可靠性最重要的因素之一,统计资料表明电子元器件温度每升高2℃,可靠性下降10;温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6。由于温度的影响,就需要在技术上采取措施限制机箱及元器件的温升——热设计。热设计的原则,一是减少发热量,即选用更优的控制方式和技术,如移相控制技术、同步整流技术等技术,另外就是选用低功耗的器件,减少发热器件的数目,加大粗印制线的宽度,提高电源的效率。二是加强散热,即利用传导、辐射、对流技术将热量转移,这包括散热器设计、风冷(自然对流和强迫风冷)设计、液冷(水、油)设计、热电致冷设计、热管设计等。强迫风冷的散热量比自然冷却大十倍以上,但是要增加风机、风机电源、联锁装置等,在设计中要根据实际情况选取散热方式。


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