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开关电源可靠性设计研究

摘要：对影响军用PWM型开关稳压电源可靠性原因作出较为具体分析比较，并从工程实际出发提出部分提升开关电源可靠性提议。

关键词：开关电源可靠性

1引言

电子产品，尤其是军用稳压电源设计是一个系统工程，不仅要考虑电源本身参数设计，还要考虑电气设计、电磁兼容设计、热设计、安全性设计、三防设计等方面。因为任何方面那怕是最微小疏忽，全部可能造成整个电源瓦解，所以我们应充足认识到电源产品可靠性设计关键性。

2开关电源电气可靠性设计

2.1供电方法选择

集中式供电系统各输出之间偏差和因为传输距离不一样而造成压差降低了供电质量，而且应用单台电源供电，当电源发生故障时可能造成系统瘫痪。分布式供电系统因供电单元靠近负载，改善了动态响应特征，供电质量好，传输损耗小，效率高，节省能源，可靠性高，轻易组成N＋1冗余供电系统，扩展功率也相对比较轻易。所以采取分布式供电系统能够满足高可靠性设备要求。

2.2电路拓扑选择

开关电源通常采取单端正激式、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。单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式开关管承压在两倍输入电压以上，假如按60％降额使用，则使开关管不易选型。在推挽和全桥拓扑中可能出现单向偏磁饱和，使开关管损坏，而半桥电路因为含有自动抗不平衡能力，所以就不会出现这个问题。双管正激式和半桥电路开关管承压仅为电源最大输入电压，即使按60％降额使用，选择开关管也比较轻易。在高可靠性工程上通常选择这两类电路拓扑。

2.3控制策略选择

在中小功率电源中，电流型PWM控制是大量采取方法，它较电压控制型有以下优点：逐周期电流限制，比电压型控制愈加快，不会因过流而使开关管损坏，大大减小过载和短路保护；优良电网电压调整率；迅捷瞬态响应；环路稳定，易赔偿；纹波比电压控制型小得多。生产实践表明电流控制型50W开关电源输出纹波在25mV左右，远优于电压控制型。

硬开关技术因开关损耗限制，开关频率通常在350kHz以下，软开关技术是应用谐振原理，使开关器件在零电压或零电流状态下通断，实现开关损耗为零，从而可将开关频率提升到兆赫级水平，这种应用软开关技术变换器综合了PWM变换器友好振变换器二者优点，靠近理想特征，如低开关损耗、恒频控制、适宜储能元件尺寸、较宽控制范围及负载范围，不过此项技术关键应用于大功率电源，中小功率电源中仍以PWM技术为主。

2.4元器件选择

因为元器件直接决定了电源可靠性，所以元器件选择很关键。元器件失效关键集中在以下四个方面：

（1)制造质量问题

质量问题造成失效和工作应力无关。质量不合格能够经过严格检验加以剔除，在工程应用时应选择定点生产厂家成熟产品，不许可使用没有经过认证产品。

（2)元器件可靠性问题

元器件可靠性问题即基础失效率问题，这是一个随机性质失效，和质量问题区分是元器件失效率取决于工作应力水平。在一定应力水平下，元器件失效率会大大下降。为剔除不符合使用要求元器件，包含电参数不合格、密封性能不合格、外观不合格、稳定性差、早期失效等，应进行筛选试验，这是一个非破坏性试验。经过筛选可使元器件失效率降低1～2个数量级，当然筛选试验代价(时间和费用)很大，但综合维修、后勤保障、整架联试等还是合算，研制周期也不会延长。电源设备关键元器件筛选试验通常要求：

①电阻在室温下按技术条件进行100％测试，剔除不合格品。

②一般电容器在室温下按技术条件进行100％测试，剔除不合格品。

③接插件按技术条件抽样检测多种参数。

④半导体器件按以下程序进行筛选：

目检→初测→高温贮存→高低温冲击→电功率老化→高温测试→低温测试→常温测试

筛选结束后应计算剔除率Q

Q=(n/N)×100%

式中：N——受试样品总数；

n——被剔除样品数；

假如Q超出标准要求上限值，则本批元器件全部不准上机，并按相关要求处理。

在符合标准要求时，则将筛选合格元器件打漆点标注，然后入专用库房供装机使用。

（3)设计问题

首先是合适地选择