1引言

開關電源是各種系統的核心部分。開關電源的需求越來越大，同時對可靠性提出了越來越高的要求。涉及系統可靠性的因素很多。目前，人們認識上的主要誤區是把可靠性完全（或基本上）歸結于元器件的可靠性和制造裝配的工藝,忽略了系統設計和環境溫度對可靠性的決定性的作用。據美國海軍電子實驗室的統計，整機出現故障的原因和各自所占的百分比如表1所示。

在民用電子產品領域，日本的統計資料表明，可靠性問題80％源于設計方面（日本把元器件的選型、質量級別的確定、元器件的負荷率等部分也歸入設計上的原因）。以上兩方面的數據表明，設計及元器件（元器件的選型，質量級別的確定，元器件的負荷率）的原因造成的故障，在開關電源故障原因中占80％左右。減少這兩方面造成的開關電源故障，具有重要的意義。總之，對系統的設計者而言，需要明確建立可靠性這個重要概念，把系統的可靠性作為重要的技術指標，認真對待開關電源可靠性的設計工作，并采取足夠的措施提高開關電源的可靠性，才能使系統和產品達到穩定、可靠的目標。本文就從這兩個方面來研究與闡述。

2系統可靠性的定義及指標

國際上，通用的可靠性定義為：在規定條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。此定義適用于一個系統，也適用于一臺設備或一個單元。描述這種隨機事件的概率可用來作為表征開關電源可靠性的特征量和特征函數。從而，引出可靠度[R（t）]的定義：系統在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的概率。

如系統在開始（t=0）時有n0個元件在工作，而在時間為t時仍有n個元件在正常工作，

則

可靠性R(t)=n/n00≤R(t)≤1

失效率λ(t)=-dinR(t)/dt

λ定義為該種產品在單位時間內的故障數，即λ=dn/dt。

如失效率λ為常數，則

dn/dt=-λt

n=n0e-λt

R(t)=e-λt0

MTBF（平均無故障時間）=1/λ

平均無故障時間（MTBF）是開關電源的一個重要指標，用來衡量開關電源的可靠性。

3影響開關電源可靠性的因素

從各研究機構研究成果可以看出，環境溫度和負荷率對可靠性影響很大，這兩個方面對開關電源的影響很大，下面將從這兩方面分析，如何設計出高可靠的開關電源。其中：pD為使用功率；pR為額定功率主。UD為使用電壓；UR為額定電壓。

3.1環境溫度對元器件的影響

3.1.1環境溫度對半導體IC的影響

硅三極管以pD/pR=0.5使用負荷設計，則環溫度對可靠性的影響，如表2所示。

由表2可知，當環境溫度Ta從20℃增加到80℃時，失效率增加了30倍。

3.1.2環境溫度對電容器的影響

以UD/UR=0.65使用負荷設計則環境溫度對可靠性的影響如表3所示。

從表3可知，當環境溫度Ta從20℃增加到80℃時，失效率增加了14倍。

3.1.3環境溫度對電阻器的影響

以pD/pR=0.5使用負荷設計，則環境溫度對可靠性的影響如表4所示。

從表4可知，當環境溫度Ta從20℃增加到80℃時，失效率增加了4倍。

3.2負荷率對元器件的影響

3.2.1負荷率對半導體IC的影響

當環境溫度為50℃時，pD/pR對失效率的影響如表5所示。

由表5可知，當pD/pR=0.8時，失效率比0.2時增加了1000倍。

3.2.2負荷率對電阻的影響

負荷率對電阻的影響如表6所示。

從表6可以看出，當pD/pR=0.8時，失效率比pD/pR=0.2時增加了8倍。

4可靠性設計的原則

我們可以從上面的分析中得出開關電源的可靠性設計原則。

4.1可靠性設計指標應包含定量的可靠性要求。

4.2可靠性設計與器件的功能設計相結合，在滿足器件性能指標的基礎上，盡量提高器件的可靠性水平。

4.3應針對器件的性能水平、可靠性水平、制造成本、研制周期等相應制約因素進行綜合平衡設計。

4.4在可靠性設計中盡可能采用國、內外成熟的新技術、新結構、新工藝和新原理。

4.5對于關鍵性元器件，采用并聯方式，保證此單元有足夠的冗佘度。

4.6原則上要盡一切可能減少元器件使用數目。

4.7在同等體積下盡量采用高額度的元器件。

4.8選用高質量等級的元器件。

4.9原則上不選用電解電容。

4.10對電源進行合理的熱設計，控制環境溫度，不致溫度過高，導致元器件失效率增加。

4.11盡量選用硅半導體器件，少用或不用鍺半導體器件。

4.12應選擇金屬封裝、陶瓷封裝、玻璃封裝的器件，禁止選用塑料封裝的器件。

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