生活當中我們經常會遇到電源壞掉的問題,比如手機適配器、PC電源以及一些小家電的電源。當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計出穩定可靠電源呢?下面就讓我們一起來總結一下那些影響電源可靠性的因素。
1、電壓應力
電源電壓應力是保證電源可靠性的一個重要指標。在電源中有許多器件都有規定最大耐壓值,比如:場效應管的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。所以我們設計時必須要考慮到器件要承受的最大電壓。再根據電壓選擇適當器件,最后再進行實際測試加以驗證。但在測試時我們必須測試電源所有工作狀態的電壓應力,以確保在最惡劣的工作狀態下也能留出約10%的安全裕量。
2、電流應力
電源電流應力往往與熱應力密切相關,比如二極管SK54最大平均電流為5A,但是它是在滿足熱應力降額前提下的極限參數。所以我們選擇器件時必須要同時滿足器件的電流應力與熱應力;在滿足器件熱應力的前提下,選擇合適額定電流值的器件方可保證電源可靠性要求。
3、反饋環路
反饋環路是電源的重要組成部分,我們設計電源時必須要保證反饋環路的穩定。所以我們設計環路參數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,穿越頻率一般設置在開關頻率的1/6。再實際測試加以驗證環路的穩定性。
4、磁性元件的磁飽和
我們在設計反激變壓器以及一些儲能電感時,設定最大磁通量Bm尤為關鍵。由于電源起機和短路保護時最大磁通量Bm大于穩態工作時的Bm,所以我設定變壓器的Bm時需要預留足夠的裕度。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、輸出過流和短路等極限情況考慮,鐵氧體P4材質的變壓器的穩態Bm一般小于0.25T。

5、PWM的死區時間
對于半橋、全橋和LLC諧振等一些H橋或半H橋的拓撲電源,PWM的死區時間設定對電源可靠性至關重要。實際上設定死區時間實則為了避免上、下管直通從而導致電源炸機,也就是說設定一段上、下管同時關斷的時間,在上管關斷后延遲一段時間再導通下管或在下管關斷后延遲一段時間再導通上管,如圖 2所示td即為死區時間。
