開關電源可靠性分析

張文強

（通號萬全信號設備有限公司 溫嶺 317500）

開關電源可靠性分析

張文強

（通號萬全信號設備有限公司 溫嶺 317500）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，科技的進步帶動了電器產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。開關電源在社會中的應用范圍也越來越廣泛，針對其可靠性和安全性的要求也隨之增高。

開關電源；可靠性；分析；FTA

開關電源作為電子系統(tǒng)設備中的一個重要的組成部分，它的可靠性直接決定了整個系統(tǒng)的質量的好壞。開關電源由于其體積較小、質量相對較低，輸出穩(wěn)定并且使用靈活性高等優(yōu)點在各個系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，如今，如何進一步提高開關電源的穩(wěn)定可靠性成為現(xiàn)代社會一個重要的研究目標。

1 影響開關電源可靠性的因素

1.1 環(huán)境溫度對于開關電源的影響

環(huán)境溫度對于導體、半導體以及電容電阻等電子設備的本體可靠性都有著很大的影響，當溫度從20℃增加到80℃時，硅三極管的故障幾率增加了本身的三十多倍，電容的故障機濾增加了近乎十五倍，電阻器的失效幾率增加了五倍，所以周邊環(huán)境因素的溫度對于開關電源的可靠性具有很大的影響。

1.2 負載器對于開關電源的影響

負載器對于開關電源的影響是十分明顯的，在電阻器的內(nèi)部，當環(huán)境溫度達到50℃時，對于電阻器的故障幾率來說是呈幾何倍增的，當負載器PD/PR=0.8故障幾率比0.2時多了近乎7～8倍，當周圍環(huán)境溫度達到50℃時，PD/PR=0.8的半導體的電子設備的故障幾率比PD/PR=0.2時增加了一千多倍。因此，在開關電源的制造和使用之初，就應該考慮到開關電源的負載器的承受能力，避免開關電源的故障幾率。

2 開關電源的可靠性研究

開關電源是由多個電子元器件組合而成的，對于開關電源進行的故障模式的模擬分析（FEMA）表明定性系統(tǒng)中開關電源存在各種各樣的故障和缺陷，以及影響因素，制定和建立了開關電源系統(tǒng)的故障樹（FTA），來進行綜合性的對于開關電源的可靠性的分析和計算。

FEMA中的定性理論分析：

在開關的電源正常工作的同時，電子元器件對于電路的電壓能夠進行平穩(wěn)有序的輸出，達到正常的合格標準，如果系統(tǒng)運行時，電壓不穩(wěn)定或者輸出的數(shù)據(jù)沒有達到預算的指標，則被視為開關電源的故障。FEMA的建立是在所有的開關電源的設計和制造中一個不可或缺的環(huán)境，通過組成開關電源的各組成部分的模塊運行情況進行數(shù)據(jù)的整合和分析，并且進行各種情況下的運行情況和故障的幾率進行分析，提出故障的原因和可以采取的改進措施和預防控制理論，提高對于開關電源的可靠性的研究。

功能性的分析數(shù)據(jù)對于開關電源在FEMA的對象是相互關聯(lián)的，分析數(shù)據(jù)的對象是開關電源中的各個功能性模塊，考慮到產(chǎn)品的包裝設計上存在十分冗雜的設計和指導，選用高品質的電子元件對于開關電源的性能是十分必要的，加強開關電源電子模塊的二次篩選，以達到提高開關電源的可靠性的要求。如果相應的增加在開關電源中系統(tǒng)任務的要求，則必須多加一塊電源的組件作為系統(tǒng)的備份研究。

FTA故障樹的分析處理是一種采用圖形圖像的演繹的方式進行故障的平面的研究的方法，對于影響開關電源可靠性的各個因素進行一種由外到里的分析和研究，最終得出系統(tǒng)故障的原因和因素，并且選用樹狀圖表達出各故障之間因果關系。

3 開關電源的可靠性設計

3.1 供電方式的轉變

現(xiàn)在的供電方式一般分為集中供電和分散式供電兩種，分散式的供電方式靠供電模塊相互靠近產(chǎn)生的負載量來進行供電，供電的質量十分優(yōu)良，而且在傳輸?shù)倪^程中損耗小，效率也是十分的高，可靠性和安全性以及從節(jié)約能源的角度來看都是十分優(yōu)秀的，擴展的功率也是比較簡單的，因此在電力系統(tǒng)中一般采用分布式供電系統(tǒng)，以滿足建筑物內(nèi)各種用電設備的模塊的可靠性。分布式開關電源的是由大機組和大電網(wǎng)以及高電壓等主要特征為一體的集中式單一供電系統(tǒng)。

3.2 電路拓樸結構的選擇

開關電源的拓樸總共有八種方式，單端正激性，反激性和推挽式等八種。單端正激式和推挽式的開關的承受電壓的在正常量的雙倍電壓以上，如果按照6成的降額使用，則開關的管子選擇是十分不易的，在推挽式的使用則容易出現(xiàn)電壓過載，導致開關管損壞，因此在開關電源的開關管的使用上一般選用半橋式和雙管正激的方式來作為電路拓樸的結構。

3.3 控制方式的選擇

在中等功率的開關電源的使用中，電流的控制PWM的是最常見的方法，它具有比電壓型更加穩(wěn)定的方式。根據(jù)相關數(shù)據(jù)表明，電流控制型的五十萬開關電源的輸出紋波大概在23～26mV之間，遠遠高于電壓控制型，硬開關技術的應用因為其開關的損耗而降低，開關的損耗由于硬開關技術的限制而一般控制在350Hz左右，軟開關的應用采用諧振的技術，對于開關的損耗可以忽略不計，從而大大提高了開關頻率的增加。

3.4 電子元件的選擇

電子元件質量的好壞直接決定了電源的可靠性，所以在元器件的選用上十分注意選擇質量過硬的品牌元件，質量的問題造成的開關電源的故障和工作應力沒有關聯(lián)。質量差的元器件必須要經(jīng)過二次檢驗后進行剔除，在電子元件的選擇上一般都是原則以前質量過硬技術成熟的老廠家購買。

電子元件的失敗幾率和工作應力的目標是一致的，在工作應力的作用下，電子元件的失敗的幾率會大大地減少，為了避免使用質量不合格的電子元件，應該對于購買的電子元件進行多次的檢驗和篩選，剔除不合格的電子元件，可以在一定程度上降低開關電源的故障幾率。并且對于開關電源的使用幾率和可靠性也得到進一步的提高，以做到開關電源的安全使用。

4 結束語

隨著開關電源的大規(guī)模使用，對于開關電源的質量要求也越來越高，由于開關電源本身存在的電磁功率對于周圍電子設備的正常工作都容易造成很大的影響，因此為了確保開關電源的使用性的并且順利的投入生產(chǎn)和使用中去，必須進可靠性的分析，還要考慮對于電子元件以及應力作用下對于開關電源的影響以及安全性能的影響。針對開關電源本身容易引發(fā)的故障模式和薄弱環(huán)節(jié)的應用，增加對于開關電源可靠性的設計和分析，以提高對于電源產(chǎn)品的可靠性和使用性。使得開關電源的使用更加安全快速。

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[2]賀青川.數(shù)控系統(tǒng)開關電源加速壽命試驗方法研究[D].浙江理工大學，2013.

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TN86

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1004-7344（2016）14-0055-01

2016-4-26

張文強（1975-），男，浙江溫嶺人，大專。