张文强

（通号万全信号设备有限公司 温岭 317500）

开关电源可靠性分析

张文强

（通号万全信号设备有限公司 温岭 317500）

随着社会经济的发展，科技的进步带动了电器产业的飞速发展。开关电源在社会中的应用范围也越来越广泛，针对其可靠性和安全性的要求也随之增高。

开关电源；可靠性；分析；FTA

开关电源作为电子系统设备中的一个重要的组成部分，它的可靠性直接决定了整个系统的质量的好坏。开关电源由于其体积较小、质量相对较低，输出稳定并且使用灵活性高等优点在各个系统中得到了广泛的应用，如今，如何进一步提高开关电源的稳定可靠性成为现代社会一个重要的研究目标。

1 影响开关电源可靠性的因素

1.1 环境温度对于开关电源的影响

环境温度对于导体、半导体以及电容电阻等电子设备的本体可靠性都有着很大的影响，当温度从20℃增加到80℃时，硅三极管的故障几率增加了本身的三十多倍，电容的故障机滤增加了近乎十五倍，电阻器的失效几率增加了五倍，所以周边环境因素的温度对于开关电源的可靠性具有很大的影响。

1.2 负载器对于开关电源的影响

负载器对于开关电源的影响是十分明显的，在电阻器的内部，当环境温度达到50℃时，对于电阻器的故障几率来说是呈几何倍增的，当负载器PD/PR=0.8故障几率比0.2时多了近乎7～8倍，当周围环境温度达到50℃时，PD/PR=0.8的半导体的电子设备的故障几率比PD/PR=0.2时增加了一千多倍。因此，在开关电源的制造和使用之初，就应该考虑到开关电源的负载器的承受能力，避免开关电源的故障几率。

2 开关电源的可靠性研究

开关电源是由多个电子元器件组合而成的，对于开关电源进行的故障模式的模拟分析（FEMA）表明定性系统中开关电源存在各种各样的故障和缺陷，以及影响因素，制定和建立了开关电源系统的故障树（FTA），来进行综合性的对于开关电源的可靠性的分析和计算。

FEMA中的定性理论分析：

在开关的电源正常工作的同时，电子元器件对于电路的电压能够进行平稳有序的输出，达到正常的合格标准，如果系统运行时，电压不稳定或者输出的数据没有达到预算的指标，则被视为开关电源的故障。FEMA的建立是在所有的开关电源的设计和制造中一个不可或缺的环境，通过组成开关电源的各组成部分的模块运行情况进行数据的整合和分析，并且进行各种情况下的运行情况和故障的几率进行分析，提出故障的原因和可以采取的改进措施和预防控制理论，提高对于开关电源的可靠性的研究。

功能性的分析数据对于开关电源在FEMA的对象是相互关联的，分析数据的对象是开关电源中的各个功能性模块，考虑到产品的包装设计上存在十分冗杂的设计和指导，选用高品质的电子元件对于开关电源的性能是十分必要的，加强开关电源电子模块的二次筛选，以达到提高开关电源的可靠性的要求。如果相应的增加在开关电源中系统任务的要求，则必须多加一块电源的组件作为系统的备份研究。

FTA故障树的分析处理是一种采用图形图像的演绎的方式进行故障的平面的研究的方法，对于影响开关电源可靠性的各个因素进行一种由外到里的分析和研究，最终得出系统故障的原因和因素，并且选用树状图表达出各故障之间因果关系。

3 开关电源的可靠性设计

3.1 供电方式的转变

现在的供电方式一般分为集中供电和分散式供电两种，分散式的供电方式靠供电模块相互靠近产生的负载量来进行供电，供电的质量十分优良，而且在传输的过程中损耗小，效率也是十分的高，可靠性和安全性以及从节约能源的角度来看都是十分优秀的，扩展的功率也是比较简单的，因此在电力系统中一般采用分布式供电系统，以满足建筑物内各种用电设备的模块的可靠性。分布式开关电源的是由大机组和大电网以及高电压等主要特征为一体的集中式单一供电系统。

3.2 电路拓朴结构的选择

开关电源的拓朴总共有八种方式，单端正激性，反激性和推挽式等八种。单端正激式和推挽式的开关的承受电压的在正常量的双倍电压以上，如果按照6成的降额使用，则开关的管子选择是十分不易的，在推挽式的使用则容易出现电压过载，导致开关管损坏，因此在开关电源的开关管的使用上一般选用半桥式和双管正激的方式来作为电路拓朴的结构。

3.3 控制方式的选择

在中等功率的开关电源的使用中，电流的控制PWM的是最常见的方法，它具有比电压型更加稳定的方式。根据相关数据表明，电流控制型的五十万开关电源的输出纹波大概在23～26mV之间，远远高于电压控制型，硬开关技术的应用因为其开关的损耗而降低，开关的损耗由于硬开关技术的限制而一般控制在350Hz左右，软开关的应用采用谐振的技术，对于开关的损耗可以忽略不计，从而大大提高了开关频率的增加。

3.4 电子元件的选择

电子元件质量的好坏直接决定了电源的可靠性，所以在元器件的选用上十分注意选择质量过硬的品牌元件，质量的问题造成的开关电源的故障和工作应力没有关联。质量差的元器件必须要经过二次检验后进行剔除，在电子元件的选择上一般都是原则以前质量过硬技术成熟的老厂家购买。

电子元件的失败几率和工作应力的目标是一致的，在工作应力的作用下，电子元件的失败的几率会大大地减少，为了避免使用质量不合格的电子元件，应该对于购买的电子元件进行多次的检验和筛选，剔除不合格的电子元件，可以在一定程度上降低开关电源的故障几率。并且对于开关电源的使用几率和可靠性也得到进一步的提高，以做到开关电源的安全使用。

4 结束语

随着开关电源的大规模使用，对于开关电源的质量要求也越来越高，由于开关电源本身存在的电磁功率对于周围电子设备的正常工作都容易造成很大的影响，因此为了确保开关电源的使用性的并且顺利的投入生产和使用中去，必须进可靠性的分析，还要考虑对于电子元件以及应力作用下对于开关电源的影响以及安全性能的影响。针对开关电源本身容易引发的故障模式和薄弱环节的应用，增加对于开关电源可靠性的设计和分析，以提高对于电源产品的可靠性和使用性。使得开关电源的使用更加安全快速。

[1]徐小宁.开关电源可靠性设计研究[J].电气传动自动化，2009，03：27～31.

[2]贺青川.数控系统开关电源加速寿命试验方法研究[D].浙江理工大学，2013.

[3]吕方超，李玉忍，兰根龙.开关电源的可靠性分析[J].电源技术，2014，06：1127～1129.

TN86

A

1004-7344（2016）14-0055-01

2016-4-26

张文强（1975-），男，浙江温岭人，大专。