开关电源电气可靠性设计研究doc 6页.doc
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开关电源最优设计技术研究一、本文概述随着现代电子技术的飞速发展,开关电源作为一种高效、稳定的电源供应方式,在各类电子设备中得到了广泛应用。
开关电源设计过程中涉及的技术复杂且多样,如何在保证电源性能的同时实现最优设计,成为了业界关注的焦点。
本文旨在探讨开关电源最优设计技术的研究现状与发展趋势,分析当前设计中所面临的关键问题,并提出相应的优化策略。
本文将首先介绍开关电源的基本原理及其在现代电子设备中的应用,阐述开关电源设计的基本要求和挑战。
接着,重点分析开关电源设计中的关键技术,包括拓扑结构选择、功率因数校正、电磁兼容性优化等方面。
在此基础上,探讨如何通过理论分析和实验验证,实现开关电源的最优设计。
本文还将关注开关电源设计中的能效优化和可靠性提升问题,分析现有设计方法的优缺点,并提出改进方案。
展望开关电源最优设计技术的发展趋势,为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
通过本文的研究,期望能够为开关电源的最优设计提供理论支持和实践指导,推动开关电源技术的不断创新和发展,为现代电子设备的稳定、高效运行提供有力保障。
二、开关电源的基本原理和分类开关电源,也称为开关模式电源(SMPS),是一种高效率、小体积的电力转换装置,它通过开关的方式控制电源与负载之间的连接和断开,实现对电能的调节和控制。
开关电源的基本原理是利用现代电子开关器件(如晶体管、MOSFET、IGBT等)的高速开关特性,将直流或交流输入电压转换为高频交流电压,再经过高频变压器降压、整流、滤波等步骤,最终输出稳定、低纹波的直流电压。
非隔离型开关电源:这类电源通常采用反激式、正激式或升降压式拓扑结构,不使用高频变压器进行隔离。
它们具有结构简单、成本低廉的优点,但存在电气隔离和安全性问题,通常适用于低功率、低安全要求的场合。
隔离型开关电源:这类电源通过高频变压器实现输入与输出之间的电气隔离,提高了电源的安全性和可靠性。
常见的隔离型开关电源拓扑结构有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式和全桥式等。
开关电源的可靠性设计方案汇报人:日期:•引言•开关电源可靠性设计基础•开关电源可靠性设计方案•开关电源可靠性设计实例分析•开关电源可靠性设计的改进建议目•结论与展望录引言01开关电源广泛应用于各个领域,如电力、通信、工业等,因此其可靠性对保证电力系统的稳定运行具有重要意义。
随着技术的发展,对开关电源的可靠性要求也越来越高,因此研究如何提高开关电源的可靠性具有实际意义。
研究背景和意义研究目的本研究旨在提高开关电源的可靠性,减少故障率,提高电力系统的稳定性。
研究方法本研究将采用理论分析和实验验证相结合的方法,首先进行开关电源的可靠性模型建立,然后通过实验验证模型的准确性和可行性。
研究目的和方法开关电源可靠性设计基础02开关电源的基本原理开关电源通常由输入电路、输出电路、控制电路和开关管等组成。
开关电源的基本工作原理是将输入电压通过开关管进行斩波,然后通过滤波电路输出稳定的直流电压。
开关电源是通过控制开关管开通和关断的时间比例来调节输出电压和电流的。
开关电源的可靠性概念可靠性是指设备在规定条件下,规定时间内完成规定功能的能力。
对于开关电源而言,可靠性意味着在正常工作条件下,能够持续稳定地提供直流电压,并且自身具有较长的使用寿命。
开关电源的可靠性通常用平均故障间隔时间(MTBF)来衡量。
开关电源可靠性设计的基本原则选择经过严格筛选和测试的元器件,特别是关键元器件,如开关管、二极管、电容等。
选择高质量的元器件优化电路设计强化散热设计强化电磁兼容性设计通过优化电路设计,减少元器件数量和复杂性,降低故障概率。
合理设计散热器或散热风道,保证开关电源在工作过程中产生的热量能够及时散出,防止过热损坏。
通过增加滤波电路、屏蔽措施等手段,提高开关电源的电磁兼容性,使其在复杂环境中仍能正常工作。
开关电源可靠性设计方案03选择符合规格、性能稳定的元器件,避免使用低劣或易损坏的元器件,以确保电源的稳定性和可靠性。
元器件选择对元器件进行严格的筛选和控制,确保元器件的质量和性能符合设计要求,防止不良元器件对电源的影响。
开关电源可靠性设计研究开关电源是现代电子设备中常见的电源形式之一,具有效率高、体积小、重量轻等特点。
然而,开关电源的可靠性设计是保证其正常运行和长寿命的重要因素之一。
本文将重点探讨开关电源可靠性设计的关键技术和方法。
首先,开关电源可靠性设计的基础是合理的电源拓扑结构选择。
常见的开关电源拓扑结构包括单端正激式、无级微分模式、全桥等,不同的拓扑结构在可靠性上存在差异。
合理选择拓扑结构可以提高开关电源的抗干扰性和稳定性,从而增强可靠性。
其次,电源的故障保护是确保开关电源可靠性的重要手段之一。
故障保护包括过电流保护、过温保护、欠压保护等。
在设计中,可以采用过电流保护电路实现对输出电流的监测和控制,以避免电流过大损坏电源和负载。
同时,过温保护电路可以通过监测电源内部的温度实现对温度的控制,从而避免过热引起的故障。
欠压保护电路可以实时监测输入电压,当输入电压低于一定阈值时,及时对开关电源进行保护措施。
另外,电源的可靠性设计还需要考虑电容器的选用和寿命估计。
电容器是开关电源中的重要元器件之一,其寿命直接影响着开关电源的可靠性。
在选用电容器时,应选择具有较长使用寿命和低ESR(等效串阻)的产品,并在设计中合理配置电容器的数量和电压等级,以达到更好的可靠性。
同时,可以通过监测电容器的电流和温度等参数,来估计电容器的寿命,及时预测并采取措施,延长电源的使用寿命。
此外,地线和屏蔽是开关电源可靠性设计中需要注意的关键问题。
地线连接应尽量短而粗,以减少地线电阻和电感的影响,从而降低干扰和损耗。
同时,对于高频开关电源,还需要合理设计屏蔽结构,减少电磁辐射和接收的干扰,提高电源的可靠性。
最后,开关电源可靠性设计还需要进行严格的可靠性测试和验证。
可以通过老化实验、振动实验、温度实验等手段,对开关电源进行全面的可靠性测试。
同时,还可以进行可靠性模拟和分析,对开关电源的失效模式进行预测和分析,以提前采取相应的措施,提高开关电源的可靠性。
关于开关电源可靠性设计分析摘要:开关电源是电气设备的重要组成部分,其可靠性决定着电机系统的基本安全,在保证开关电源经济成本的基础上,需要尽可能提升开关电源的可靠性。
本文将简述开关电源的失效机理,探究开关电源可靠性优化准则,分析开关电源可靠性设计策略,以期为开关电源可靠性进行优化设计。
关键词:开关电源;可靠性;优化设计引言:近年来,伴随着科学技术的发展,电源设备也逐渐呈现出多元化、多样性的趋势,各种各样的电源设备不断涌现,开关电源的应用范围也越来越大,这就要求开关电源必须具备一定的可靠性,保障各类设备的使用安全。
1开关电源失效机理概述开关电源是一种高频化电能转换装置,其功能机理就是通过不同形式的架构转换为用户端所需的电压或电流。
当开关电源发生故障而无法运作相应功能时,电源系统中的驱动装置便会因为失去供电而停止运行,从而导致整个设备或系统的瘫痪。
这也证明了开关电源对于整个系统设备可靠性有着重要影响。
以开关电源DCM模式为例,其在正常工作情况下处于DCM模式,而当受到漏感、寄生参数、元器件精度、电磁干扰等情况的影响时,就会出现电压值偏离预期的情况,从而造成反馈回路难以精确控制或无法被直接控制的情况。
而造成开关电源失效的原因主要有元器件功能失效和参数退化两类情况,功能失效就是指元器件缺陷、焊接不良、电路击穿等情况所造成的短路或开路问题;参数退化可能是电源拓扑或供电方式不匹配导致元器件使用寿命降低,功能退化所造成的问题。
分析开关电源失效机理来明确开关电源可靠性优化设计的主要方向[1]。
2开关电源可靠性优化准则开关电源在使用过程中必然会发生退化现象,也就是质量损失问题,而避免这种情况发生的有效方法是提升元器件质量,随着元器件质量提升,生产难度和成本也会随之增加,不过开关电源的故障率和维修费用也会降低。
因此,开关电源可靠性优化需要符合经济性原则,在保证成本尽可能低的同时对电源进行优化。
开关电源的可靠性也不只是从其使用寿命来得到,需要优化影响开关电源可靠性的变化的各类因素。
北京工业大学硕士学位论文开关电源中关键器件的可靠性研究姓名:张喆申请学位级别:硕士专业:微电子学与固体电子学指导教师:吕长志20080401摘要摘要从90年代开始,开关电源逐步得到广泛的应用。
开关电源的核心是DC.DC 变换器。
影响开关电源的主要因素是其拓扑结构,开关频率,控制方式及关键元器件如开关管、储能电感和变压器等。
近年来,电源设备日趋复杂,使用环境也变得恶劣多样,所服务的电子系统又越来越重要和昂贵,这一切使得提高电源设备的可靠性研究变得刻不容缓。
开关电源中有很多器件无法进行高温试验(如光电耦合器,因此对开关电源整体进行加速寿命试验有一定的困难。
本文在深入研究HHW28S15电源模块的基础上,提取其功率级电路进行试验并采用恒定电应力温度斜坡法对此电路中的VDMOS IRFl20和肖特基二极管(SDBSC070H150A进行可靠性评价。
恒定电应力温度斜坡法(CET砌Ⅵ具有试验周期短,所需样品少的优点。
首先,对HHw28S15电源模块的电路拓扑结构进行分析,并对其输入、输出特性和关键节点的电压波形进行了测量,所得结果是设计试验样品的电应力偏置电路的重要依据。
其次,专门研制了温度应力控制系统和电应力偏置系统,以满足恒定电应力温度斜坡法的试验要求。
温度应力控制系统采用先进的欧陆3504温控仪、周波数调功控制模块、固态继电器、热电偶和温度补偿导线搭建,为试验提供了精确的序进温度应力;电应力偏置系统的主电路与HHW28S15电源模块的功率级电路相同,并制作了专用的PCB电路板。
使用专门设计研制的试验设备对瓜F120和SC070H150A进行了加速寿命试验,得到了在75℃至203℃范围内主要的直流特征参数,即服F120的阈值电压、通态电阻、跨导和SC070H150A的正向特性和反向特性。
通过对数据进行分析处理,得出各个试验样品的寿命,其中ⅡU120的平均寿命为9.06×106h, SC070H150A的平均寿命2.16×10‰。
开关电源电气可靠性设计研究(doc 6页)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的因素作出较为详细的分析比较,并从工程实际出发提出一些提高开关电源可靠性的建议。
关键词:开关电源可靠性1 引言电子产品,特别是军用稳压电源的设计是一个系统工程,不但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的疏忽,都可能导致整个电源的崩溃,所以我们应充分认识到电源产品可靠性设计的重要性。
2 开关电源电气可靠性设计2.1 供电方式的选择集中式供电系统各输出之间的偏差以及由于传输距离的不同而造成的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导致系统瘫痪。
分布式供电系统因供电单元靠近负载,改善了动态响应特性,供电质量好,传输损耗小,效率高,节约能源,可靠性高,容易组成N+1冗余供电系统,扩展功率也相对比较容易。
所以采用分布式供电系统可以满足高可靠性设备的要求。
2.2 电路拓扑的选择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。
单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式的开关管的承压在两倍输入电压以上,如果按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,而半桥电路因为具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的承压仅为电源的最大输入电压,即使按60%降额使用,选用开关管也比较容易。
在高可靠性工程上一般选用这两类电路拓扑。
2.3 控制策略的选择在中小功率的电源中,电流型PWM控制是大量采用的方法,它较电压控制型有如下优点:逐周期电流限制,比电压型控制更快,不会因过流而使开关管损坏,大大减小过载与短路的保护;优良的电网电压调整率;迅捷的瞬态响应;环路稳定,易补偿;纹波比电压控制型小得多。
开关电源的可靠性设计开关电源是各种系统的核心部分。
开关电源的需求越来越大,同时对可靠性提出了越来越高的要求。
涉及系统可靠性的因素很多。
目前,人们认识上的主要误区是把可靠性完全(或基本上)归结千元器件的可靠性和制造装配的工艺,忽略了系统设计和环境温度对可靠性的决定性的作用。
据美国海军电子实验室的统计,整机出现故障的原因和各自所占的百分比如表1所示。
气叩%410JO在民用电子产品领域,日本的统计资料表明,可靠性间题80%源千设计方面(日本把元器件的选型、质量级别的确定、元器件的负荷率等部分也归入设计上的原因)。
以上两方面的数据表明,设计及元器件(元器件的选型,质量级别的确定,元器件的负荷率)的原因造成的故障,在开关电源故障原因中占80%左右。
减少这两方面造成的开关电源故障,具有重要的意义。
总之,对系统的设计者而言,需要明确建立“可靠性”这个重要概念,把系统的可靠性作为重要的技术指标,认真对待开关电源可靠性的设计工作,并采取足够的措施提高开关电源的可靠性,才能使系统和产品达到稳定、可靠的目标。
本文就从这两个方面来研究与阐述。
----------------------------------0系统可靠性的定义及指标0----------------------------------国际上,通用的可靠性定义为:在规定条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力。
此定义适用千一个系统,也适用千一台设备或一个单元。
描述这种随机事件的概率可用来作为表征开关电源可靠性的特征量和特征函数。
从而,引出可靠度[R(t)]的定义:系统在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的概率。
•2)开关电源的散热设计MOS管导通时有—定的压降,也即器件有—定的损耗,它将引起芯片的温升,但是器件的发热情况与其耐热能力和散热条件有关。
由此,器件功耗有—定的容限。
其值按热欧姆定律可表示为:PD= "Tj-Tc/RT"式中,"Tj"是额定结温(Tj=150°C),"Tc"是壳温,"RT"是结到管壳间的稳态热阻,"Tj"代表器件的耐热能力,"Tc"和'RT"代表器件的散热条件,而'PD"就是器件的发热情况。
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的因素作出较为详细的分析比较,并从工程实际出发提出一些提高开关电源可靠性的建议。
关键词:开关电源可靠性1 引言电子产品,特别是军用稳压电源的设计是一个系统工程,不但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的疏忽,都可能导致整个电源的崩溃,所以我们应充分认识到电源产品可靠性设计的重要性。
2 开关电源电气可靠性设计2.1 供电方式的选择集中式供电系统各输出之间的偏差以及由于传输距离的不同而造成的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导致系统瘫痪。
分布式供电系统因供电单元靠近负载,改善了动态响应特性,供电质量好,传输损耗小,效率高,节约能源,可靠性高,容易组成N+1冗余供电系统,扩展功率也相对比较容易。
所以采用分布式供电系统可以满足高可靠性设备的要求。
2.2 电路拓扑的选择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。
单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式的开关管的承压在两倍输入电压以上,如果按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,而半桥电路因为具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的承压仅为电源的最大输入电压,即使按60%降额使用,选用开关管也比较容易。
在高可靠性工程上一般选用这两类电路拓扑。
2.3 控制策略的选择在中小功率的电源中,电流型PWM控制是大量采用的方法,它较电压控制型有如下优点:逐周期电流限制,比电压型控制更快,不会因过流而使开关管损坏,大大减小过载与短路的保护;优良的电网电压调整率;迅捷的瞬态响应;环路稳定,易补偿;纹波比电压控制型小得多。
生产实践表明电流控制型的50W开关电源的输出纹波在25mV左右,远优于电压控制型。
硬开关技术因开关损耗的限制,开关频率一般在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高到兆赫级水平,这种应用软开关技术的变换器综合了PWM变换器和谐振变换器两者的优点,接近理想的特性,如低开关损耗、恒频控制、合适的储能元件尺寸、较宽的控制范围及负载范围,但是此项技术主要应用于大功率电源,中小功率电源中仍以PWM技术为主。
2.4 元器件的选用因为元器件直接决定了电源的可靠性,所以元器件的选用非常重要。
元器件的失效主要集中在以下四个方面:(1)制造质量问题质量问题造成的失效与工作应力无关。
质量不合格的可以通过严格的检验加以剔除,在工程应用时应选用定点生产厂家的成熟产品,不允许使用没有经过认证的产品。
(2)元器件可靠性问题元器件可靠性问题即基本失效率的问题,这是一种随机性质的失效,与质量问题的区别是元器件的失效率取决于工作应力水平。
在一定的应力水平下,元器件的失效率会大大下降。
为剔除不符合使用要求的元器件,包括电参数不合格、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,这是一种非破坏性试验。
通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(时间与费用)很大,但综合维修、后勤保障、整架联试等还是合算的,研制周期也不会延长。
电源设备主要元器件的筛选试验一般要求:①电阻在室温下按技术条件进行100%测试,剔除不合格品。
②普通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各种参数。
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QQ=(n / N)×100%式中:N——受试样品总数;n——被剔除的样品数;如果Q超过标准规定的上限值,则本批元器件全部不准上机,并按有关规定处理。
在符合标准规定时,则将筛选合格的元器件打漆点标注,然后入专用库房供装机使用。
(3)设计问题首先是恰当地选用合适的元器件:①尽量选用硅半导体器件,少用或不用锗半导体器件。
②多采用集成电路,减少分立器件的数目。
③开关管选用MOSFET能简化驱动电路,减少损耗。
④输出整流管尽量采用具有软恢复特性的二极管。
⑤应选择金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件。
禁止选用塑料封装的器件。
⑥集成电路必须是一类品或者是符合MIL-M-38510、MIL-S-19500标准B-1以上质量等级的军品。
⑦设计时尽量少用继电器,确有必要时应选用接触良好的密封继电器。
⑧原则上不选用电位器,必须保留的应进行固封处理。
⑨吸收电容器与开关管和输出整流管的距离应当很近,因流过高频电流,故易升温,所以要求这些电容器具有高频低损耗和耐高温的特性。
在潮湿和盐雾环境下,铝电解电容会发生外壳腐蚀、容量漂移、漏电流增大等情况,所以在舰船和潮湿环境,最好不要用铝电解电容。
由于受空间粒子轰击时,电解质会分解,所以铝电解电容也不适用于航天电子设备的电源中。
钽电解电容温度和频率特性较好,耐高低温,储存时间长,性能稳定可靠,但钽电解电容较重、容积比低、不耐反压、高压品种(>125V)较少、价格昂贵。
关于降额设计:电子元器件的基本失效率取决于工作应力(包括电、温度、振动、冲击、频率、速度、碰撞等)。
除个别低应力失效的元器件外,其它均表现为工作应力越高,失效率越高的特性。
为了使元器件的失效率降低,所以在电路设计时要进行降额设计。
降额程度,除可靠性外还需考虑体积、重量、成本等因素。
不同的元器件降额标准亦不同,实践表明,大部分电子元器件的基本失效率取决于电应力和温度,因而降额也主要是控制这两种应力,以下为开关电源常用元器件的降额系数:①电阻的功率降额系数在0.1~0.5之间。
②二极管的功率降额系数在0.4以下,反向耐压在0.5以下。
③发光二极管电压降额系数在0.6以下,功率降额系数在0.6以下。
④功率开关管电压降额系数在0.6以下,电流降额系数在0.5以下。
⑤普通铝电解电容和无极性电容的电压降额系数在0.3~0.7之间。
⑥钽电容的电压降额系数在0.3以下。
⑦电感和变压器的电流降额系数在0.6以下。
(4)损耗问题损耗引起的元器件失效取决于工作时间的长短,与工作应力无关。
铝电解电容长期在高频下工作会使电解液逐渐损失,同时容量亦同步下降,当电解液损失40%时,容量下降20%;电解液损失0%时,容量下降40%,此时电容器芯子已基本干涸,不能再予使用。
为防止发生故障,一般情况下应在图纸上标明铝电解电容器更换的时间,到期强迫更换。
2.5 保护电路的设置为使电源能在各种恶劣环境下可靠地工作,应设置多种保护电路,如防浪涌冲击、过压、欠压、过载、短路、过热等保护电路。
3 电磁兼容性(EMC)设计开关电源因采用脉冲宽度调制(PWM)技术,其脉冲波形呈矩形,上升沿与下降沿均包含大量的谐波成分,另外输出整流管的反向恢复也会产生电磁干扰(EMI),这是影响可靠性的不利因素,因而使电磁兼容性成为系统的重要问题。
产生电磁干扰有三个必要条件:干扰源、传输介质、敏感的接收单元,EMC 设计就是破坏这三个条件中的一个。
对于开关电源而言,主要是抑制干扰源,干扰源集中在开关电路与输出整流电路。
采用的技术包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。
EMI 按传播途径分为传导干扰和辐射干扰。
传导噪声的频率范围很宽,从10kHz~30MHz,我们虽然知道产生干扰的原因,但从效率上来讲,通过控制脉冲波形的上升与下降时间来解决未必是一个好办法,解决办法之一是加装电源EMI滤波器、输出滤波器及吸收电路,参见图2。
电源EMI滤波器实际上是一种低通滤波器,它毫无衰减地把50Hz或400Hz 交流电能传递给电子设备,却大大衰减传入的干扰信号,同时又能抑制设备本身产生的干扰信号,防止它窜入电网,危害公网其它设备。
选择EMI滤波器是根据插入损耗的大小来选择滤波器网络结构和元器件参数,根据实际要求选择额定电压、额定电流、漏电流、绝缘电阻、温度条件等参数。
电源EMI滤波器最好安装在机壳电源线进口的插座附近。
抑制输出噪声的对策基本上按10kHz~150kHz、150kHz~10MHz、10MHz以上三个频段来解决。
10kHz~150kHz范围内主要是常态噪声,一般采用通用LC滤波器来解决。
150kHz~10MHz范围内主要是共模成分的噪声,通常采用共模抑制滤波器来解决。
共模扼流圈要采用导磁率高、频率特性较佳的铁氧体磁性材料,电感量在(1~2)mH、电容量在3300pF~4700pF之间,如果控制低频段的噪声,可以适当加大LC的取值。
在10MHz 以上频率段的对策是改进滤波器的外形。
输出整流二极管的反向恢复也会引起电磁干扰,这种情况可以采用RC吸收电路来抑制电流的上升率,通常R在(2~20)Ω之间,C在1000pF~10nF之间,C应选用高频瓷介电容。
良好的布局和布线技术也是控制噪声的一个重要手段。
为减少噪声的发生和防止由噪声导致的误动作,应注意以下几点:①尽量缩小由高频脉冲电流所包围的面积。
②缓冲电路尽量贴近开关管和输出整流二极管。
③脉冲电流流过的区域远离输入输出端子,使噪声源和出口分离。
④控制电路和功率电路分开,采用单点接地方式,大面积接地容易引起天线作用,所以建议不要采用大面积接地方式。
⑤必要时可以将输出滤波电感安置在地回路上。
⑥采用多只低ESR(等效串联电阻)的电容并联滤波。
⑦采用铜箔进行低感低阻配线。
⑧相邻印制线之间不应有过长的平行线,走线尽量避免平行,采用垂直交叉方式,线宽不要突变,也不要突然拐角。
禁止环形走线。
⑨滤波器的输入和输出线必须分开。
禁止将开关电源的输入线和输出线捆扎在一起。
对于辐射干扰主要应用密封屏蔽技术,在结构上实行电磁封闭,要求外壳各部分之间具有良好的电磁接触,以保证电磁的连续性。
目前为减少重量大都采用铝合金外壳,但铝合金导磁性能差,因而外壳需要镀一层镍或喷涂导电漆,内壁贴覆高导磁率的屏蔽材料。
外壳永久连接处用导电胶粘牢或采用连续焊缝结构,需拆卸的可以用导电橡胶条压紧来保证电磁连续性。
导电材料要求导电性能高、有弹性、具有最小的宽厚比。
4 电源设备可靠性热设计除了电应力之外,温度是影响设备可靠性最重要的因素。
电源设备内部的温升将导致元器件的失效,当温度超过一定值时,失效率将呈指数规律增加,温度超过极限值时将导致元器件失效。
国外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。
需要在技术上采取措施限制机箱及元器件的温升,这就是热设计。
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,另外就是选用低功耗的器件,减少发热器件的数目,加大加粗印制线的宽度,提高电源的效率。