不选用电解电容. 4.10 对电源进行合理的热设计,控制环境温度,不致温度过高,导致元器

 

件失效率增 加. 4.11 尽量选用硅半导体器件,少用或不用锗半导体器件. 4.12 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 .
可

靠

性

设

计

 

负荷率的设计 由于负荷率对可靠性有重大影响, 故可靠性设计重要的一个方面是负荷率
的设计, 

 

跟据 元器件的特性及实践经验, 元器件的负荷率在下列数值时, 电源系统的可靠

 

性及成本是较优 的. 

 

 

半导体元器件 半导体元器件的电压降额应在 0.6 以下,电流降额系数

 

应在 0.5 以下.

 

半导体元器件除 负荷率外还有容差设计,设计开关电源时,应适当放宽半导

体元器件的参数允许变化范围, 包括制造容差,温度漂移,时间漂移,辐射导致的漂移等.以

 

保证半导体元器件的参数在一 定范围内变化时,开关电源仍能正常工作. 

 

电容器 电容器

的负荷率(工作电压和额定电压之比)

 

最好在 0.5 左右,

 

一般不要超过 0.8,  

并 且尽量使用无

极性电容器.而且,在高频应用的情况下,电压降额幅度应进一步加大,

 

对电 解电容器更应

如此.应特别注意,电容器有低压失效的问题,

 

对于普通铝电解电容器和无极 性电容的电压

 

降额不低于 0.3,

 

但钽电容的电压降额应在 0.3 以下.电压降额不能太多,  

否 则电容器的失

效率将上升. 电阻器,

 

电位器 电阻器,

 

电位器的负荷率要小于 0.5,此为电阻器设计的上限值;

但是大量试验证明,  

 

当 电阻器降额数低于 0.1 时,将得不到预期的效果,失效率有所增加,电

 

阻降额系数以 0.1   

为 可靠性降额设计的下限值. 总之,对各种元器件的负荷率只要有可能,

 

一般应保持在 0.3 左右.

 

最好不要超过 0.5. 这样的负荷率,对电源系统造成不可靠的机率

是非常小的. 

 

电源的热设计 开关电源内部过高的温升将会导致温度敏感的半导体器件,电

解电容等元器件的失效. 当温度超过一定值时,失效率呈指数规律增加.有统计资料表明,

 

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 是影响开关电源可靠性的最重要的因素. 高频开关电源有大功率发

热器件, 

 

温度更是影响其 可靠性的最重要的因素之一,完整的热设计包括两个方面:  

一 如

何控制发热源的发热量;   

二 如何将热源产生的热量散出去.使开关电源的温升控制在允许

的范围之内,

 

以保证开关 电源的可靠性.下面将从这两个方面论述. 

 

控制发热量的设计 开

关电源中主要的发热元器件为半导体开关管, 功率二极管, 高频变压器, 滤波电感等.
不同器件有不同的控制发热量的方法. 功率管是高频开关电源中发热量较大的器件之一, 

 

减 小它的发热量,不仅可以提高功率管的可靠性,而且可以提高开关电源的可靠性,提高平

 

均 无故障时间(MTBF) .开关管的发热量是由损耗引起的,开关管的损耗由开关过程损耗

 

和 通态损耗两部分组成, 减小通态损耗可以通过选用低通态电阻的开关管来减小通态损
耗;   

开 关过程损耗是由于栅电荷大小及开关时间引起的,减小开关过程损耗可以选择开关

 

速度更 快, 恢复时间更短的器件来减少. 但更为重要的是通过设计更优的控制方式和缓

 

冲技术来减 小损耗,如采用软开关技术,可以大大减小这种损耗.减小功率二极管的发热量,

 

对交流整 流及缓冲二极管, 一般情况下不会有更好的控制技术来减小损耗, 可以通过选

 

择高质量的二 极管来减小损耗.对于变压器二次侧的整流可以选择效率更高的同步整流
技术来减小损耗. 对于高频磁性材料引起的损耗,要尽量避免趋肤效应,对于趋肤效应造成
的影响,

 

可采用多 股细漆包线并绕的办法来解决. 

 

开关电源的散热设计 MOS 管导通时有

一定的压降,也即器件有一定的损耗,它将引起芯片的温升,

 

但是器 件的发热情况与其耐热

能力和散热条件有关.由此,器件功耗有一定的容限.

 

其值按热欧姆 定律可表示为: PD=Tj-

Tc/RT 式中,Tj 是额定结温(Tj=150 ) ,Tc 

℃

是壳温,RT 是结到管壳间的稳态热阻,Tj 

 

代表 器

件的耐热能力,Tc   

和 RT 代表器件的散热条件,  

而 PD 就是器件的发热情况.

 

它必须在器 件

的耐热能力和散热条件之间取得平衡. 散热有三种基本方式:热传导,热辐射,热对流.根据
散热的方式,可以选自然散热: 加装散热器;或选择强制风冷:加装风扇.加装散热器主要利
用热传导和热对流,

 

即所有发 热元器件均先固定在散热器上, 热量通过传导方式传递给散