スイッチング電源の信頼性向上方法

エレクトロニクス製品の品質に欠かせない2つの品質、それは「技術力」と「信頼性」です。 電子製品として成功するには、この 2 つの側面の総合的なレベルが製品の品質に影響します。 電子システムの重要なコンポーネントである電源システムの信頼性は、システム全体の安全性能を決定します。 スイッチング電源は小型で高効率であるため、さまざまな分野で広く使用されています。 しかし、スイッチング電源の信頼性をいかに高めるかがパワーエレクトロニクス技術です。 ストライドにおける重要なターニングポイント。

1. 電磁両立性（EMC）設計技術

スイッチング電源は主にパルス幅変調（PWM）技術を採用しています。 パルス波形は矩形波であり、その立ち上がりエッジと立ち下がりエッジには多くの高調波成分が含まれています。 また、出力整流器の逆回復により電磁妨害（EMI）も発生し、その影響を受けます。 信頼性の不利な要因により、システムの電磁適合性が重要な問題になります。 電磁干渉が発生するには、干渉源、伝送媒体、高感度の受信ユニットという 3 つの条件が必要です。EMC 設計は、これら 3 つの条件のいずれかを破壊することです。

スイッチング電源では主に妨害源を抑制しており、妨害源はスイッチング回路と出力整流回路に集中しています。 使用される技術には、フィルタリング技術、配置・配線技術、シールド技術、グランド技術、封止技術などがあります。

2、電力機器の信頼性熱設計技術

専門家は、電気的ストレスに加えて、温度も機器の信頼性に影響を与える最も重要な要因の 1 つであると指摘しました。 統計によると、電子部品の温度が 2 度上昇するごとに、信頼性は 10 ずつ低下します。 温度が 50 度上昇すると、寿命は 1 度で 25 1/6 だけ増加します。 温度の影響により、シャーシとコンポーネントの温度上昇を制限するための技術的対策、つまり熱設計を行う必要があります。 熱設計の原則は、発熱を減らすことです。つまり、位相シフト制御技術や同期整流技術などのより良い制御方法と技術を選択し、さらに低電力デバイスを選択し、数を減らすことです。発熱デバイスの増加により、実線の幅が広くなり、電源の効率が向上します。 2 つ目は、熱放散を強化することです。つまり、ラジエーターの設計、空冷 (自然対流および強制空冷) 設計、液体冷却 (水、油) 設計、熱電など、熱を伝達するための伝導、放射、対流技術の使用です。冷却設計、ヒートパイプ設計など。 強制空冷は放熱量が自然空冷に比べて10倍以上大きくなりますが、ファン、ファン電源、連動装置等の増設が必要となります。設計にあたっては実情に応じて放熱方法を選択する必要があります。

3. スイッチング電源の電気信頼性工学設計技術

力率改善技術については、具体的には、スイッチング電源の高調波電流が電力網を汚染し、他の一般的なネットワーク機器に干渉し、三相 4 線式システムの中性電流が大きくなりすぎる可能性があることを指します。 、事故を引き起こします。 一般的な解決策は、力率改善技術を備えたスイッチング電源を採用することです。

保護回路に関しては、さまざまな過酷な環境下で電源を確実に動作させるために、サージ保護、過電圧および不足電圧、過負荷、短絡、過熱などのさまざまな保護回路を設計時に追加する必要があります。

制御戦略の選択については、中電力および小電力の電源まで遡ります。 電流モード PWM 制御は広く使用されている方法です。 DC-DCコンバータでは、従来の電圧型制御電源に比べて出力リップルを10mVに抑えることができます。 ハードスイッチング技術はスイッチング損失によって制限され、スイッチング周波数は通常 350kHz 未満です。 ソフトスイッチング技術は、スイッチング素子をゼロ電圧またはゼロ電流状態でスイッチングさせることで、スイッチング損失をゼロにし、スイッチング周波数をメガヘルツレベルまで高めることができます。 このテクノロジーは主に高電力システムで使用されますが、低電力システムではあまり一般的ではありません。

電源の供給形態としては、集中電源方式と分散電源方式に大別されます。 最新のパワー エレクトロニクス システムは一般に、高信頼性機器の要件を満たすために分散電源システムを使用します。

コンポーネントは電源の信頼性を直接決定するため、コンポーネントの選択は特に重要です。 コンポーネントの故障は主に、製造品質の問題、デバイスの信頼性の問題、設計の問題、損失の問題の 4 つの点に集中します。 ご使用の際には十分ご注意ください。

スイッチング電源の回路トポロジーは、シングルエンドフォワード型、シングルエンドフライバック型、ダブルチューブフォワード型、ダブルシングルエンドフォワード型、ダブルフォワード型、プッシュプル型の8種類のトポロジーが一般的です。 、ハーフブリッジ、フルブリッジ。 このうち、二重管正励式、複励式、ハーフブリッジ回路のスイッチング圧力は入力電源電圧のみであり、60ディレーティング時の600Vスイッチング管の選定は比較的容易であり、一方向偏光飽和の問題はありません。 一般に、これら 3 つのトポロジーは高電圧入力回路で広く使用されています。