内容发布更新时间 : 2024/12/26 1:40:14星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

长寿命LED电源与平面变压器设计步骤

系统可靠性定义及指标

开关电源是各种系统的核心部分。开关电源的需求越来越大，同时对可靠性提出了越来越高的要求。涉及系统可靠性的因素很多。目前，人们认识上的主要误区是把可靠性完全（或基本上）归结于元器件的可靠性和制造装配的工艺,忽略了系统设计和环境温度对可靠性的决定性的作用。据美国海军电子实验室的统计，整机出现故障的原因和各自所占的百分比如表1所示。

在业界上，通用的可靠性定义为：在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。此定义适用于一个系统，也适用于一台设备或一个单元。描述这种随机事件的概率可用来作为表征开关电源可靠性的特征量和特征函数。从而，引出可靠度[R（t）]的定义：系统在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。如系统在开始（t=0）时有n0个元件在工作，而在时间为t时仍有n个元件在正常工作，则可靠性 R(t)=n/n0 0≤R(t) ≤1 失效率 λ(t)= - dinR(t)/dt λ定义为该种产品在单位时间内的故障数，即λ=dn/dt。 如失效率λ为常数，则 dn/dt=-λt n=n0e-λt R(t)=e-λt0 MTBF（平均无故障时间）=1/λ 平均无故障时间（MTBF）是开关电源的一个重要指标，用来衡量开关电源的可靠性。

从各研究机构研究成果可以看出，环境温度和负荷率对可靠性影响很大，这两个方面对开关电源的影响很大，下面将从这两方面分析，如何设计出高可靠的开关电源。其中：PD为使用功率；PR为额定功率主。UD为使用电压；UR为额定电压。环境温度对元器件的影响，环境温度对半导体的影响硅三极管以PD/PR=0.5使用负荷设计，则环温度对可靠性的影响，如表2所示。

影响寿命及可靠性的因素

1.决定寿命的主要部件： ①电解电容器

电解电容的封口部位会漏出气化的电解液，这种现在会随着温度升高而加速，通常会认为温度每上升10℃，泄漏速度会提高2倍，所以就会出现我们常说的每升高10度温度寿命减半。 ②开关晶体管 高速功率二极管

这类部件在规格的界限内使用时，基本上可以维持7-10的寿命，但电源通断时所产生的物理应力，热应力会导致元件劣化，提前损坏。 ③光耦

电流传在率（CTR）随着时间的推移会逐渐减少，所以就会导致发光二极管的电流不断增大，有时会超过最大限制电流时，致系统失效。 ④冲击电流保护输入电阻、功率型NTC

为防止电源输入时产生的冲击电流，设计者一般增加NTC等一些保护进去，而这个保护装置所承受的电流高达额定值的数十倍至数百倍，结果就会导致过热疲劳，引起断路。 ⑤风扇及开关

风扇也是影响寿命的重要器件，机械部件的磨损都会加速它的老化失效，而开关也是有次数的。

高寿命电源设计原则

从前面可以不难发现：温度每升高10℃，失效率加倍，若将此并非地十分精确的法则应用在电源中，那就要将其应用于电源中的所有元件，因为整个失效率λ=λ1+λ2+λ3+…这很清楚表明须要进一步降低器件温度。

1.可靠性设计与器件的功能设计相结合，在满足器件性能指标的基础上，尽量提高器件的可靠性水平。

2.应针对器件的性能水平、可靠性水平、制造成本、研制周期等相应制约因素进行综合平衡设计。

3.在可靠性设计中尽可能采用国、内外成熟的新技术、新结构、新工艺和新原理 4.对于关键性元器件，采用并联方式，保证此单元有足够的冗佘度 5.原则上要尽一切可能减少器件数目 6.在同等体积下尽量采用高额度的元器件 7.原则上不选用电解电容

8.应选择金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件，禁止选用塑料封装的器件 9.降低应力，也可以将温度视为热应力，它会使元件失效率增加，使用寿命降低等。例如：绝大多数半导体器件最大结温额定值为150 ℃，若保持其结温不超过105℃，即可得出其应力缓解因数为105/150=70%.应力缓解是出色的工程师为减低器件内的应力来降低它的失效率最常用的方法之一。除上面所说的温度。