電源可靠性的設(shè)計

生活當(dāng)中我們經(jīng)常會遇到電源壞掉的問題，比如手機(jī)適配器、PC電源以及一些小家電的電源。當(dāng)我們遇到這些問題時總是感嘆電源的不可靠，那么我們怎樣才能設(shè)計出穩(wěn)定可靠電源呢?下面就讓我們一起來總結(jié)一下那些影響電源可靠性的因素。

1、電壓應(yīng)力

電源電壓應(yīng)力是保證電源可靠性的一個重要指標(biāo)。在電源中有許多器件都有規(guī)定最大耐壓值，比如：場效應(yīng)管的Vds和Vgs、二極管的反向耐壓、IC的最大VCC電壓以及輸入輸出電容的最大耐壓。所以我們設(shè)計時必須要考慮到器件要承受的最大電壓。再根據(jù)電壓選擇適當(dāng)器件，最后再進(jìn)行實(shí)際測試加以驗(yàn)證。但在測試時我們必須測試電源所有工作狀態(tài)的電壓應(yīng)力，以確保在最惡劣的工作狀態(tài)下也能留出約10%的安全裕量。

2、電流應(yīng)力

電源電流應(yīng)力往往與熱應(yīng)力密切相關(guān)，比如二極管SK54最大平均電流為5A，但是它是在滿足熱應(yīng)力降額前提下的極限參數(shù)。所以我們選擇器件時必須要同時滿足器件的電流應(yīng)力與熱應(yīng)力;在滿足器件熱應(yīng)力的前提下，選擇合適額定電流值的器件方可保證電源可靠性要求。

3、反饋環(huán)路

反饋環(huán)路是電源的重要組成部分，我們設(shè)計電源時必須要保證反饋環(huán)路的穩(wěn)定。所以我們設(shè)計環(huán)路參數(shù)時需要保持一定裕度;比如增益裕度一般保持在20db左右，相位裕度保持在45度左右，穿越頻率一般設(shè)置在開關(guān)頻率的1/6。再實(shí)際測試加以驗(yàn)證環(huán)路的穩(wěn)定性。

4、磁性元件的磁飽和

我們在設(shè)計反激變壓器以及一些儲能電感時，設(shè)定最大磁通量Bm尤為關(guān)鍵。由于電源起機(jī)和短路保護(hù)時最大磁通量Bm大于穩(wěn)態(tài)工作時的Bm，所以我設(shè)定變壓器的Bm時需要預(yù)留足夠的裕度。如圖 1所示，磁芯溫度為100℃曲線可知Bm=0.35T時磁芯接近飽和，所以出于對電源起機(jī)、輸出過流和短路等極限情況考慮，鐵氧體P4材質(zhì)的變壓器的穩(wěn)態(tài)Bm一般小于0.25T。

圖 1

5、PWM的死區(qū)時間

對于半橋、全橋和LLC諧振等一些H橋或半H橋的拓?fù)潆娫?，PWM的死區(qū)時間設(shè)定對電源可靠性至關(guān)重要。實(shí)際上設(shè)定死區(qū)時間實(shí)則為了避免上、下管直通從而導(dǎo)致電源炸機(jī)，也就是說設(shè)定一段上、下管同時關(guān)斷的時間，在上管關(guān)斷后延遲一段時間再導(dǎo)通下管或在下管關(guān)斷后延遲一段時間再導(dǎo)通上管，如圖 2所示td即為死區(qū)時間。

圖 2

6、電源的軟啟動

電源的軟啟動對降低場效應(yīng)管和輸出二極管的尖峰電壓和尖峰電流有很大幫助，從而降低了其電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力。但是對于LLC諧振電源來說，軟啟動對電源起機(jī)的可靠性非常關(guān)鍵;因?yàn)長LC電源的IC是通過高頻掃描的方式啟動的。如圖 3所示在IC啟動時驅(qū)動PWM頻率會從設(shè)定的最高頻率開始慢慢恢復(fù)正常頻率，恢復(fù)時間也就是軟啟動時間。在此期間電源工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，軟啟動時間越長，啟動越安全;但軟啟動時間過長也會對電源帶容性負(fù)載能力和起機(jī)時間造成影響。

圖 3

7、保護(hù)電路

要確保電源可靠性除了做好以上六點(diǎn)以外，相應(yīng)的保護(hù)電路也是不可或缺。保護(hù)電路具體有輸入欠壓保護(hù)、輸入過壓保護(hù)、輸出過流保護(hù)、輸出短路保護(hù)和輸出過壓保護(hù)等等。為避免輸入電壓過低時電源出現(xiàn)非正常工作的現(xiàn)象，電源需添加輸入欠壓保護(hù);為避免輸入電壓過高，從而期間電壓應(yīng)力超標(biāo)，電源需添加輸入過壓保護(hù);為避免輸出過流和短路從而導(dǎo)致器件過熱、磁飽和等現(xiàn)象，電源需添加過流保護(hù)和短路保護(hù);為避免電源出現(xiàn)輸出電壓過高導(dǎo)致電源負(fù)載端損壞，電源需添加輸出過壓保護(hù)。

影響電源可靠性因素有很多，本文只談到了其中一部分，比如還有EMC、安規(guī)和過熱保護(hù)等都是影響電源可靠的關(guān)鍵的因素。我們設(shè)計電源可能不會太難，但要想設(shè)計出穩(wěn)定可靠的電源絕不會太容易，設(shè)計時我們只有考慮所有可靠性因素并實(shí)際加以驗(yàn)證，我們電源才算是穩(wěn)定可靠的電源。