電源產(chǎn)品可靠性設計方法概述

　　中國現在的電源廠(chǎng)家很多，但是還沒(méi)有世界級品牌，為什么？眾多國內電源廠(chǎng)家的產(chǎn)品功能很好，價(jià)格很低，但是還是競爭力差，為什么？

　　重要原因：我們的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性差！國內電子產(chǎn)品和國外領(lǐng)先企業(yè)產(chǎn)品的差距已經(jīng)不是功能性能的差距，而是質(zhì)量和可靠性上的差距。

　　質(zhì)量和可靠性差的主要原因是：設計水平低，缺乏硬件可靠應用經(jīng)驗。

　　根據對電子產(chǎn)品失效分析數據的統計分析，電源的失效率占據了非常高的比例，往往是名列前茅的，這一方面說(shuō)明了電源的可靠性比較低，另外一個(gè)方面也說(shuō)明了只要提高了電源的可靠性，就可以大幅提高整個(gè)產(chǎn)品的可靠性。而對于電源廠(chǎng)家而言也是提高自己產(chǎn)品可靠性，增強競爭力的一個(gè)重要方面。

　　在電源的可靠性設計中，傳統的可靠性技術(shù)主要采用的是老化試驗等方法，說(shuō)到底是一種在產(chǎn)品后期進(jìn)行的“篩選”方法，而目前最新的可靠性設計技術(shù)，強調在設計階段就保證產(chǎn)品的可靠性，大量采用以下可靠性設計技術(shù)，我們把這些最新的技術(shù)應用到電源的設計中，大大提高了電源的可靠性，帶來(lái)了非常好的經(jīng)濟效益。下面分別做些簡(jiǎn)單介紹。

　　容差分析技術(shù)是當前電子可靠性設計中最先進(jìn)的技術(shù)之一，代表著(zhù)電子可靠性設計的一個(gè)重要發(fā)展方向。它是分析電路在最壞情況下，電路性能不會(huì )超過(guò)電路性能的規格要求，同時(shí)也保證器件所受的電應力在可靠范圍內，不會(huì )引起器件失效?？梢?jiàn)容差分析是一種全面系統分析電路可靠性的方法，必將在電子可靠性設計中占據重要地位。由于電源在整個(gè)電路中有著(zhù)重要的地位，而且根據歷史失效率數據統計，電源失效往往占整個(gè)電路的主要部分，因此在電源設計中引入容差分析是有著(zhù)重要意義的。根據我們在電源設計中采用容差分析的經(jīng)驗，可以保證電源在最壞情況下，電源輸出電平飄移、電源紋波、上下電時(shí)器件承受的最大電應力等關(guān)鍵指標都可以控制在要求的范圍內，電源的可靠性得到了很大的提高。

　　降額設計是一種比較傳統的設計技術(shù)。以前做降額設計時(shí)，先估計器件上的電壓、電流和功率，然后套用器件降額表，確定器件的降額系數。這種估計的方法取決于個(gè)人經(jīng)驗，也主要是估計器件上的靜態(tài)電應力，無(wú)法準確估計器件的瞬態(tài)應力，可以說(shuō)是一種“靜態(tài)”的方法，同時(shí)這種方法也比較耗費時(shí)間。但是根據我們的失效分析經(jīng)驗，器件失效的主要原因是受到瞬態(tài)的過(guò)電應力。所以我們新的降額設計主要是采用對電路的仿真方法，準確分析電路中的各個(gè)器件的瞬態(tài)電應力和器件的結溫，然后直接在仿真軟件中設置器件的降額系數，直接輸出器件的應力分析和降額情況。大大提高了降額設計的準確性和效率。

　　與降額設計相反的是升額設計，大多器件在使用時(shí)必須要在器件手冊給定的參數范圍內，但是在商用產(chǎn)品設計中，有時(shí)我們必須要使用商業(yè)級器件(0－70℃)去適應其他的溫度范圍，如某些終端產(chǎn)品常常在低于0℃的情況下使用，這時(shí)候必須要評估器件在低溫下的參數變化，和器件在低溫下承受電應力的變化，保證器件在低溫情況下使用的可靠性。升額設計就是這樣一套系統的方法，用來(lái)評估器件在超出器件正常溫度范圍的下的使用情況。

　　在電源設計中是必須要做SI分析和EMC分析的，在SI分析中現在又派生出了一個(gè)新的分支——PI(電源完整性分析)，主要就是分析電源電路在高頻情況和必須考慮器件的分布參數時(shí)，其電平輸出性能變化?？梢?jiàn)電源可靠性設計技術(shù)又有了一個(gè)重要的發(fā)展，也充分說(shuō)明了電源可靠性設計的地位也日益重要。隨著(zhù)SI和EMC仿真工具日益發(fā)展，實(shí)用化程度大大提高，今天的SI和EMC分析已經(jīng)越來(lái)越多由傳統的測試試驗方法轉變?yōu)椴捎梅抡娣治龅姆椒?。以往電源設計中的高頻分量下的各器件的分布參數對電源性能的影響一直是困擾電源設計人員的難題，往往只有資深的工程師憑借經(jīng)驗進(jìn)行分析，如今憑借這些工具，即使年輕的工程師也有可能設計出高質(zhì)量、高可靠性的電源，充分體現出了可靠性技術(shù)發(fā)展的力量。

　　電應力設計除了和容差分析和降額設計可以融合一起使用外，在電源設計中另外要關(guān)注的是上下電分析和緩啟動(dòng)電路的設計，根據對電源失效分析數據的統計和電源應用的經(jīng)驗，這兩個(gè)方面是影響電源可靠性的主要因素，也是國內電源設計人員往往容易忽視的。上下電是電源應用中兩個(gè)關(guān)鍵的時(shí)刻，大部分的電源失效也發(fā)生在這兩個(gè)時(shí)刻。上下電時(shí)的電應力分析也成為設計人員必做的功課。解決的方法主要就是增加上電時(shí)的緩啟動(dòng)電路和下電時(shí)放電電路，以保證上電時(shí)電源輸出得到有效控制，同時(shí)又保證電源和應用電路中的器件承受的電應力都在可靠的范圍內。以此來(lái)提高電源的可靠性。

　　電源可靠性不可忽視的一個(gè)重要因素就是對各種環(huán)境的適應能力，高低溫、氣壓、煙霧、大氣成分等各種環(huán)境因素都會(huì )影響電源的可靠性，如低氣壓對電源中廣泛使用的電解電容壽命有很大影響，大氣污染對電源可靠性有致命影響，低溫對電源的啟動(dòng)影響也不能忽略等等。如果任一個(gè)因素沒(méi)有考慮到，電源在某種特定環(huán)境下使用，就會(huì )帶來(lái)非常高比例的失效率，引起整個(gè)電子產(chǎn)品的全面返修和招回，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟損失。這樣非常慘痛的案例已經(jīng)不止發(fā)生一次了。

　　電源模塊的熱設計和一般的熱設計不一樣，一般的熱設計主要是對整個(gè)系統的散熱通道進(jìn)行分析，對電路中的器件只是進(jìn)行穩態(tài)的功耗假定。而電源模塊中的熱設計主要是對其中的大功率器件的瞬態(tài)溫度進(jìn)行分析，看是否超過(guò)器件的絕對溫度范圍。這種器件級的瞬態(tài)熱分析是當前熱設計領(lǐng)域中的最新發(fā)展，也是器件可靠性設計中的最新重要部分。

　　電源的安全設計主要關(guān)注的是電源中各器件的安全性選型、電源模塊中PCB走線(xiàn)的爬電距離是否符合安全間距規范、電源在發(fā)生失效的情況下也不會(huì )輸出過(guò)高的電壓，以免引起電源和外部電路的重大安全隱患，特別是不引起明火等。

　　國際領(lǐng)先的大公司，對這些設計方法均有專(zhuān)業(yè)團隊來(lái)保障，為了滿(mǎn)足國內企業(yè)的需求，針對每種設計方法，深圳市易瑞來(lái)公司均有專(zhuān)家負責研究和追蹤業(yè)界最新的進(jìn)展，實(shí)踐經(jīng)驗豐富，可以幫助企業(yè)建立自己的設計規范，幫助電子工程師迅速掌握這些方法并指導實(shí)踐。在應用實(shí)踐中證明，只要全面采用易瑞來(lái)公司的電子可靠性工程技術(shù)，電源產(chǎn)品的可靠性一定會(huì )有大幅的提高。