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    電子產(chǎn)品，特別是軍用穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，不但要思索電源本身參數(shù)設(shè)計(jì),還要思索電氣設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、安全性設(shè)計(jì)、三防設(shè)計(jì)等方面。由于任何方面那怕是最微小的疏忽，都可能招致整個(gè)電源的崩潰，所以我們應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到電源產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的重要性。

    1.開關(guān)電源電氣可靠性設(shè)計(jì)

    1.1供電方式的選擇

    集中式供電系統(tǒng)各輸出之間的傾向以及由于傳輸距離的不同而構(gòu)成的壓差降低了供電質(zhì)量，而且應(yīng)用單臺(tái)電源供電，當(dāng)電源發(fā)作缺點(diǎn)時(shí)可能招致系統(tǒng)癱疾。分布式供電系統(tǒng)因供電單元靠近負(fù)載，改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,供電質(zhì)量好，傳輸損耗小，效率高，節(jié)約能源，可靠性高，容易組成N+1冗余供電系統(tǒng)，擴(kuò)展功率也相對(duì)比較容易。所以采用分布式供電系統(tǒng)可以滿足高可靠性設(shè)備的懇求。

    1.2電路拓?fù)涞倪x擇

    開關(guān)電源普通采用單端正激式、單端反激式、雙管正激式、雙單端正激式、雙正激式、推挽式、半橋、全橋等八種拓?fù)洹味苏な健味朔醇な健㈦p單端正激式、推挽式的開關(guān)管的承壓在兩倍輸入電壓以上,假設(shè)按60%降額運(yùn)用，則使開關(guān)管不易選型。在推挽和全橋拓?fù)渲锌赡艹尸F(xiàn)單向偏磁飽和，使開關(guān)管損壞，而半橋電路由于具有自動(dòng)抗不平衡才干，所以就不會(huì)呈現(xiàn)這個(gè)問題。雙管正激式和半橋電路開關(guān)管的承壓僅為電源的最大輸入電壓，即使按60%降額運(yùn)用，選用開關(guān)管也比較容易。在高可靠性工程上普通選用這兩類電路拓?fù)洹?/p>

    1.3控制戰(zhàn)略的選擇

    在中小功率的電源中，電流型PWM控制是大量采用的方法，它較電壓控制型有如下優(yōu)點(diǎn):逐周期電流限制，比電壓型控制更快，不會(huì)因過流而使開關(guān)管損壞，大大減小過載與短路的維護(hù);優(yōu)秀的電網(wǎng)電壓調(diào)整率;迅捷的瞬態(tài)響應(yīng);環(huán)路穩(wěn)定，易補(bǔ)償;紋波比電壓控制型小得多。消費(fèi)理論標(biāo)明電流控制型的50W開關(guān)電源的輸出紋波在25mV左右，遠(yuǎn)優(yōu)于電壓控制型。

    硬開關(guān)技術(shù)因開關(guān)損耗的限制，開關(guān)頻率-般在350kHz以下，軟開關(guān)技術(shù)是應(yīng)用諧振原理，使開關(guān)器件在零電壓或零電流狀態(tài)下通斷，完成開關(guān)損耗為零，從而可將開關(guān)頻率進(jìn)步到兆赫級(jí)水平,這種應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)的變換器綜臺(tái)了PWM變換器調(diào)和1成7大門月WUrnr文世生它中1寸土1xHIku'I入JAb、5行工巾」。F上1月620十個(gè)、僅心年中心衛(wèi)人一年心衛(wèi)11三三小項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于大功率電源，中小功率電源中仍以PWM技術(shù)為主。

    1.4元器件的選用

    由于元器件直接決議了電源的可靠性，所以元器件的選用非常重要。元器件的失效主要集中在以下四個(gè)方面

    (1)制造質(zhì)量問題

    質(zhì)量問題構(gòu)成的失效與工作應(yīng)力無關(guān)。質(zhì)量不合格的可以經(jīng)過嚴(yán)厲的檢驗(yàn)加以剔除，在工程應(yīng)用時(shí)應(yīng)選用定點(diǎn)消費(fèi)廠家的成熟產(chǎn)品，不允許運(yùn)用沒有經(jīng)過認(rèn)證的產(chǎn)品。

    (2)元器件可靠性問題

    元器件可靠性問題即基本失效率的問題，這是一種隨機(jī)性質(zhì)的失效，與質(zhì)量問題的區(qū)別是元器件的失效率取決于工作應(yīng)力水平。在一定的應(yīng)力水平下，元器件的失效率會(huì)大大降落。為剔除不契合運(yùn)用懇求的元器件，包括電參數(shù)不臺(tái)格、密封性能不合格、外觀不合格、穩(wěn)定性差、早期失效等，應(yīng)中止選擇實(shí)驗(yàn)，這是一種非破壞性實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過選擇可使元器件失效率降低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，當(dāng)然選擇實(shí)驗(yàn)代價(jià)(時(shí)間與費(fèi)用)很大，但綜合維修、后勤保證、整架聯(lián)試等還是合算的，研制周期也不會(huì)延長。

    電源設(shè)備主要元器件的選擇實(shí)驗(yàn)普通懇求:

    ①電阻在室溫下按技術(shù)條件中止100%測試，剔除不合格品。

    ②普通電容器在室溫下按技術(shù)條件中止100%測試，剔除不合格品。

    ③接插件按技術(shù)條件抽樣檢測各種參數(shù)。

    ④半導(dǎo)體器件按以下程序中止選擇:

    目檢-+初測→高溫貯存-→上下溫沖擊-→電功率老化-+高溫測試-+低溫測試-+常溫測試

    選擇終了后應(yīng)計(jì)算剔除率Q

    Q=(n/N)x100%

    Q=(n/N)X100%

    式中:N_受試樣品總數(shù);n--被剔除的樣品數(shù);假設(shè)Q超越標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的上限值，則本批元器件全部不準(zhǔn)上機(jī)，并按有關(guān)規(guī)則處置。

    在契合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則時(shí)，則將選擇合格的元器件打漆點(diǎn)標(biāo)注，然后入專用庫房供裝機(jī)運(yùn)用。

    (3)設(shè)計(jì)問題

    首先是恰當(dāng)?shù)剡x用適合的元器件:

    ①盡量選用硅半導(dǎo)體器件，少用或不用鍺半導(dǎo)體器件。

    ②多采用集成電路，減少分立器件的數(shù)目。

    ③開關(guān)管選用MOSFET能簡化驅(qū)動(dòng)電路，減少損耗。

    ④輸出整流管盡量采用具有軟恢復(fù)特性的二極管。

    ⑤應(yīng)選擇金屬封裝、陶瓷封裝、玻璃封裝的器件。遏止選用塑料封裝的器件。

    ⑥集成電路必需是一類品或者是契合MIL-M-38510、MIL-S-19500標(biāo)準(zhǔn)B-1以上質(zhì)量等級(jí)的軍品。

    ⑦設(shè)計(jì)時(shí)盡量少用繼電器,確有必要時(shí)應(yīng)選用接觸良好的密封繼電器。

    ⑧準(zhǔn)繩上不選用電位器，必需保管的應(yīng)中止固封處置。

    ⑨吸收電容器與開關(guān)管和輸出整流管的距離應(yīng)當(dāng)很近，因流過高頻電流，故易升溫，所以懇求這些電容用具有高頻低損耗和耐高溫的特性。

    在潮濕和鹽霧環(huán)境下，鋁電解電容會(huì)發(fā)作外殼腐蝕、容量漂移、漏電流增大等情況，所以在艦船和潮濕環(huán)境，最好不要用鋁電解電容。由于受空間粒子轟擊時(shí)，電解質(zhì)會(huì)合成，所以鋁電解電容也不適用于航天電子設(shè)備的電源中。

    鉭電解電容溫度和頻率特性較好，耐上下溫，儲(chǔ)存時(shí)間長，性能穩(wěn)定可靠，但鉭電解電容較重、容積比低、不耐反壓、高壓品種(>125V)較少、價(jià)錢昂貴。

    關(guān)于降額設(shè)計(jì):

    電子元器件的基本失效率取決于工作應(yīng)力(包括電、溫度、振動(dòng)、沖擊、頻率、速度、碰撞等)。除個(gè)別低應(yīng)力失效的元器件外，其它均表現(xiàn)為工作應(yīng)力越高，失效率越高的特性。為了使元器件的失效率降低，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)要中止降額設(shè)計(jì)。降額程度，除可靠性外還需思索體積、量、本錢等要素。不同的元器件降額標(biāo)準(zhǔn)亦不同，理論標(biāo)明，大部分電元器件的基本失效率取決于電應(yīng)力和溫度，因而降額也主要是控制這兩種應(yīng)力，以下為開關(guān)電源常用元器件的降額系數(shù):

    ①電阻的功率降額系數(shù)在0.1~0.5之間。

    ②二極管的功率降額系數(shù)在0.4以下，反向耐壓在0.5以嚇。

    ③發(fā)光二極管電壓降額系數(shù)在0.6以嚇,功率降額系數(shù)在0.6以下。

    ④功率開關(guān)管電壓降額系數(shù)在0.6以嚇，電流降額系數(shù)在0.5以下。

    ⑤普通鋁電解電容和無極性電容的電壓降額系數(shù)在0.3~0.7之間。

    ⑥鉭電容的電壓降額系數(shù)在0.3以下。

    ⑦電感和變壓器的電流降額系數(shù)在0.6以下。

    (4)損耗問題.

    損耗惹起的元器件失效取決于工作時(shí)間的長短，與工作應(yīng)力無關(guān)。鋁電解電容長期在高頻下工作會(huì)使電解液逐漸損失，同時(shí)容量亦同步降落，當(dāng)電解液損失40%時(shí)，容量降落20%;電解液損失0%時(shí)，容量降落40%，此時(shí)電容器芯子已基本干涸，不能再予運(yùn)用。為防止發(fā)作缺點(diǎn)，普通情況下應(yīng)在圖紙上標(biāo)明鋁電解電容器改換的時(shí)間，到期強(qiáng)迫改換。

    1.5維護(hù)電路的設(shè)置

    為使電源能在各種惡劣環(huán)境下可靠地工作，應(yīng)設(shè)置多種維護(hù)電路，如防浪涌沖擊、過壓、欠壓、過載、短路、過熱等維護(hù)電路。

    2.電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)

    開關(guān)電源因采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，其脈沖波形呈矩形，上升沿與降落沿均包含大量的諧波成分，另外輸出整流管的反向恢復(fù)也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，這是影響可靠性的不利要素，因而使電磁兼容性成為系統(tǒng)的重要問題。