开关电源设计知识介绍

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1、开关电源设计知识介绍2013-03-06关键字：开关电源设计知识介绍1引言电子产甜，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，述要考虑电气设计、电磁兼容设计、热设计、安全性设计、三防设计等方面。因为任何方而那怕是最微小的疏忽，都可能导致整个电源的丿期溃，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供电方式的选择集屮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暈，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

2、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。在推挽和全桥拓扑屮町能出现单向偏磁饱和，使开关管损坏，而半桥电路因为具有口动抗不平衡能力，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垠大输入电压，即使

3、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，它较电压控制型冇如下优点：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，大大减小过载与矩路的保护；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。住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卜•通断，实现开关损耗为

4、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人功率电源，屮小功率电源屮仍以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町靠性，所以元器件的选川非常重要。元器件的失效主要集中在以下四个方而：(1)制造质虽问题质量问题造成的失效与工作应力无关。质最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牛产厂家的成熟产品，不允许使用没有经过认证的产詁。(2)元器件可靠性问题元器件可

5、靠性问题即基木失效率的问题，这是一种随机性质的失效，与质最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。为剔除不符合使用耍求的元器件，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耍求：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

6、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：F1检一初测一高温贮存一高低温冲击一电功率老化〜高温测试一低温测试一常温测试筛选结朿后应计算剔除率QQ=(n/N)X100%式屮：N——受试样品总数；n——被剔除的样站数；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，然示入专用库房供装机使用。(1)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，少用或不用错半导体器件。②多采用集成电路，减少分立器件的数目。③开关管选用MOSFET能简化驷

7、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詁或者是符合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，确侑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，铝电解电容会发住外壳腐蚀、容量漂移、漏电流增大等情况，所以在舰船和潮湿环境，最

8、好不要用铝电解电容。由于