張文強(qiáng)

（通號(hào)萬全信號(hào)設(shè)備有限公司 溫嶺 317500）

開關(guān)電源可靠性分析

張文強(qiáng)

（通號(hào)萬全信號(hào)設(shè)備有限公司 溫嶺 317500）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步帶動(dòng)了電器產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。開關(guān)電源在社會(huì)中的應(yīng)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(guān)電源；可靠性；分析；FTA

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

1 影響開關(guān)電源可靠性的因素

1.1 環(huán)境溫度對于開關(guān)電源的影響

環(huán)境溫度對于導(dǎo)體、半導(dǎo)體以及電容電阻等電子設(shè)備的本體可靠性都有著很大的影響，當(dāng)溫度從20℃增加到80℃時(shí)，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(jī)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(guān)電源的可靠性具有很大的影響。

1.2 負(fù)載器對于開關(guān)電源的影響

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

2 開關(guān)電源的可靠性研究

開關(guān)電源是由多個(gè)電子元器件組合而成的，對于開關(guān)電源進(jìn)行的故障模式的模擬分析（FEMA）表明定性系統(tǒng)中開關(guān)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(guān)電源系統(tǒng)的故障樹（FTA），來進(jìn)行綜合性的對于開關(guān)電源的可靠性的分析和計(jì)算。

FEMA中的定性理論分析：

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

功能性的分析數(shù)據(jù)對于開關(guān)電源在FEMA的對象是相互關(guān)聯(lián)的，分析數(shù)據(jù)的對象是開關(guān)電源中的各個(gè)功能性模塊，考慮到產(chǎn)品的包裝設(shè)計(jì)上存在十分冗雜的設(shè)計(jì)和指導(dǎo)，選用高品質(zhì)的電子元件對于開關(guān)電源的性能是十分必要的，加強(qiáng)開關(guān)電源電子模塊的二次篩選，以達(dá)到提高開關(guān)電源的可靠性的要求。如果相應(yīng)的增加在開關(guān)電源中系統(tǒng)任務(wù)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(jìn)行故障的平面的研究的方法，對于影響開關(guān)電源可靠性的各個(gè)因素進(jìn)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(dá)出各故障之間因果關(guān)系。

3 開關(guān)電源的可靠性設(shè)計(jì)

3.1 供電方式的轉(zhuǎn)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(fù)載量來進(jìn)行供電，供電的質(zhì)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(kuò)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(shè)備的模塊的可靠性。分布式開關(guān)電源的是由大機(jī)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(jié)構(gòu)的選擇

開關(guān)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(guān)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(guān)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(dǎo)致開關(guān)管損壞，因此在開關(guān)電源的開關(guān)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(jié)構(gòu)。

3.3 控制方式的選擇

在中等功率的開關(guān)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(guān)數(shù)據(jù)表明，電流控制型的五十萬開關(guān)電源的輸出紋波大概在23～26mV之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電壓控制型，硬開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用因?yàn)槠溟_關(guān)的損耗而降低，開關(guān)的損耗由于硬開關(guān)技術(shù)的限制而一般控制在350Hz左右，軟開關(guān)的應(yīng)用采用諧振的技術(shù)，對于開關(guān)的損耗可以忽略不計(jì)，從而大大提高了開關(guān)頻率的增加。

3.4 電子元件的選擇

電子元件質(zhì)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(zhì)量過硬的品牌元件，質(zhì)量的問題造成的開關(guān)電源的故障和工作應(yīng)力沒有關(guān)聯(lián)。質(zhì)量差的元器件必須要經(jīng)過二次檢驗(yàn)后進(jìn)行剔除，在電子元件的選擇上一般都是原則以前質(zhì)量過硬技術(shù)成熟的老廠家購買。

電子元件的失敗幾率和工作應(yīng)力的目標(biāo)是一致的，在工作應(yīng)力的作用下，電子元件的失敗的幾率會(huì)大大地減少，為了避免使用質(zhì)量不合格的電子元件，應(yīng)該對于購買的電子元件進(jìn)行多次的檢驗(yàn)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(guān)電源的故障幾率。并且對于開關(guān)電源的使用幾率和可靠性也得到進(jìn)一步的提高，以做到開關(guān)電源的安全使用。

4 結(jié)束語

隨著開關(guān)電源的大規(guī)模使用，對于開關(guān)電源的質(zhì)量要求也越來越高，由于開關(guān)電源本身存在的電磁功率對于周圍電子設(shè)備的正常工作都容易造成很大的影響，因此為了確保開關(guān)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(jìn)可靠性的分析，還要考慮對于電子元件以及應(yīng)力作用下對于開關(guān)電源的影響以及安全性能的影響。針對開關(guān)電源本身容易引發(fā)的故障模式和薄弱環(huán)節(jié)的應(yīng)用，增加對于開關(guān)電源可靠性的設(shè)計(jì)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(guān)電源的使用更加安全快速。

[1]徐小寧.開關(guān)電源可靠性設(shè)計(jì)研究[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2009，03：27～31.

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[3]呂方超，李玉忍，蘭根龍.開關(guān)電源的可靠性分析[J].電源技術(shù)，2014，06：1127～1129.

TN86

A

1004-7344（2016）14-0055-01

2016-4-26

張文強(qiáng)（1975-），男，浙江溫嶺人，大專。