2023年7月29日发(作者：)

◇科技论坛◇　科技嚣向导　２０１４年１８期　电源的可靠性设计　刘宝林陈辉　（安阳钢铁集团有限责任公司第二炼轧厂河南安阳４５５００４）　【摘要】随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系Ｅｌ益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。进入２０世　纪８０年代，计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入９０年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域．程控交　换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，促进了开关电源技术的迅速发展。本文对影响开关电源可靠性的　几个方面作出较为详细的分析比较，从工程实际出发提出提高开关电源可靠性的方案。　【关键词】开关电源；可靠性；电磁兼容　电子产品的质量是技术性和可靠性两方面的综合　电源作为一个　电子系统中重要的部件．其可靠性决定了整个系统的可靠性．开关电　源由于体积小、效率高而在各个领域得到广泛应用．如何提高它的可　靠性是电力电子技术的一个重要方面　１．开关电源电气可靠性工程设计技术　１．１供电方式的选择　供电方式一般分为集中式供电和分布式供电　现代电力电子系统　一般采用分布式供电系统．以满足高可靠性设备的要求　１．２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。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．这三　种拓扑在高压输入电路中得到广泛的应用　１－３功率因数校正技术　开关电源的谐波电流污染电网．干扰了其它共网设备．还可能会　使采用三相四线制的中线电流过大．引发事故．解决途径之一是采用　具有功率因素校正技术的开关电源　１．４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．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　１．５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。　１．６保护电路　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。　２．电磁兼容性（ＥＭＣ）设计技术　开关电源多采用脉冲宽度调制（ＰＷＭ）技术．脉冲波形呈矩形．其　上升沿与下降沿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．使得系统具有电　磁兼容性成为重要问题　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、密封技术等技术。　３．电源设备可靠性热设计技术　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　除了电应力之外．温度是影　响设备可靠性最重要的因素　这就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１Ｏ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。　４．安全性设计技术　对于电源而言．安全性历来被确定为最重要的性能．不安全的产　品不但不能完成规定的功能．而且还有可能发生严重事故．甚至造成　机毁人亡的巨大损失。为保证产品具有相当高的安全性，必须进行安　全性设计。电源产品安全性设计的内容包括防止电危险、过热危险。　对于商用设备市场，具有代表性的安全标准有ｕＬ、ＣＳＡ、ＶＤＥ等，　内容因用途而异．容许泄漏电流在０．５～５ｍＡ之间．我国军用标准　ＧＪＢ１４１２规定的泄漏电流小于５ｍＡ　电源设备对地泄漏电流的大小取　决于ＥＭＩ滤波器的Ｙ电容的容量。从ＥＭＩ滤波器角度出发Ｙ电容的容　量越大越好．但从安全ｌ生角度出发Ｙ电容的容量越小越好．Ｙ电容的容　量根据安全标准来决定。根据ＧＪＢ１５１Ａ，５０Ｈｚ设备小于０．１　，４０ｏＨｚ　设备小于０．Ｏ２　。若ｘ电容器的安全陛能欠佳，电网瞬态尖峰出现时可　能被击穿．它的击穿不危及人身安全．但会使滤波器丧失滤波功能。　５．三防设计技术　三防设计是指防潮设计、防盐雾设计和防霉菌设计。在我国长江　以南、沿海地区以及军用电源均应进行三防设计。　电子设备的表面在潮湿的海洋大气中会吸附一层很薄的湿水层．　即水膜．但水膜达到２Ｏ～３０分子层厚时．就形成化学腐蚀所必须的电　解质膜．这种富含盐分的电解质对裸露的金属表面具有很强的腐蚀活　性。另外因温度突变，在空气中产生露点．会使印制线间绝缘电阻下　降、元器件发霉，产生铜绿、引脚被腐蚀断裂等情况。　湿热环境为霉菌的滋生提供了有利条件　霉菌以电子设备中的有　机物为养料．吸附水分并分泌有机酸，破坏绝缘，引发短路，加速金属　腐蚀。　在工程上，可以选用耐蚀材料．再通过镀、涂或化学处理即通过对　电子设备及零部件的表现覆盖一屋金属或非金属保护膜．使之与周围　介质隔离．从而达到防护的目的。在结构上采用密封或半密封形式来　隔绝外部不利环境　对印制板及组件表面涂覆专用三防清漆可以有效　避免导线之间的电晕、击穿．提高电源的可靠性。变压器应进行浸漆，　端封．以防潮气进入引发短路事故　三防设计与电磁屏蔽往往是矛盾的　如果三防设计优异就具有良　好的电气绝缘性．而电气绝缘的外壳就没有好的屏蔽效果．这两方面　需综合考虑　在整机设计中．应充分考虑屏蔽与接地要求，采取合理的　工艺．保证有电接触的表面长期导通　６．抗振性设计技术　振动也是造成电源故障的一个重要原因　在振动试验中常发生钽　电容和铝电解电容器引线被振断隋况，这些就要求加固设计。一般可　以用硅胶固定钽电容．给高度超过２５ｃｍ和直径超过１２ｃｍ的铝电解　电容器加装固定夹．给印制板加装肋条。　７．结束语　以上建议只适用于工业品和军品电源．对于商业级产品可以在某　些方面作出不同的选择。总之电源设备可靠性的高低，不仅跟电气设　计．而且跟装配、工艺、结构设计、加工质量等各方面有关。可靠性以设　计为基础．在实际工程应用上．还应通过各种试验取得反馈数据来完　善设计，进一步提高电源的可靠性。ｑ　【参考文献】　［１］周孟龙，黄锦耀，樊绰等．电焊机行业的现状及其发展．电焊机，２００１，３１（２）：３－７．　［２］王兆安，杨君，刘进军－｛皆波抑制和无功功率补偿．北京：机械工业出版社，１９９８　１４７