如何通過元器件選型提高開關電源可靠性?
開關電源電氣可靠性工程設計技術
對于功率因數校正技術具體是指由于開關電源的諧波電流污染電網,干擾了其它共網設備,可能會使采用三相四線制的中線電流過大,引發事故,一般選擇的解決途徑是采用具有功率因素校正技術的開關電源。
在保護電路的方面,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,如防浪涌沖擊、過欠壓、過載、短路、過熱等保護電路措施。
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,優于電壓型控制的常規電源。硬開關技術因開關損耗的限制,開關頻率一般在350kHz以下;軟開關技術是使開關器件在零電壓或零電流狀態下開關,實現開關損耗為零,從而可將開關頻率提高到兆赫級水平,此技術主要應用于大功率系統,小功率系統中較少見。
對于供電方式,一般分為集中式供電系統和分布式供電。現代電力電子系統一般采用采用分布式供電系統,以滿足高可靠性設備的要求。
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。
對于電路拓撲,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,一般來說這三種拓撲在高壓輸入電路中得到廣泛的應用。
電源設備可靠性熱設計技術
專家指出除電應力之外,溫度是影響設備可靠性最重要的因素之一,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℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6。由于溫度的影響,就需要在技術上采取措施限制機箱及元器件的溫升——熱設計。熱設計的原則,一是減少發熱量,即選用更優的控制方式和技術,如移相控制技術、同步整流技術等技術,另外就是選用低功耗的器件,減少發熱器件的數目,加大粗印制線的寬度,提高電源的效率。二是加強散熱,即利用傳導、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。
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