文档介绍：开关电源----寿命评估 
第1节   开关电源-寿命评估
一. 电源的寿命的定义和期望寿命
众所周知,电子产品的故障如Bath-tub Curve (图1,)所示,分为以下三种类型。
①减少型(DFR;Decreasing Failure Rate)
初期,带有缺陷的部分会发生故障,但随着时间的推移,剩下的都是稳定的部件,故障率亦会下降。这段时间称为初期故障期。
 
②一定型(CFR; Constant Failure Rate)
此时,机器运行稳定,故障率降至一定水平,发生的故障均为随机性事件,称为偶发性故障期。这段时期的稳定度和平均故障时间(MTBF)呈指数式分布。
③增加型(IFR;Increasing Failure Rate)
故障率逐渐上升。故障发生原因为磨损。多见于风扇电动机的球形轴承及继电器的驱动部位等处。这种类型的故障具有集中某处发生的特征,一般从初期开始即呈正态分布。
 
因此,可以说寿命就是指机器故障率保持不变的稳定运行时期,也就是偶发故障期。
用户对电源的最低寿命的要求各不相同,一般最好考虑为7~10年。然而,机器的运行时间因机而异,所以应明确限定期望寿命,并检测设计是否符合寿命标准。
表1中列举了几种主要电器的最短寿命。
它们是在设定完全使用时间为7年的前提下,根据各种电器的运行状况推算出来的数据。
 
 
用途必    要    寿    命
时间负荷比时间计算
printer 额定负荷  1 最大额定负荷 8-2H/天
最小额定负荷 2H/天
使用天数 300天/年
最大额定负荷寿命 6H/天×300天/年×7年=
最小额定负荷寿命 2H/天×300天/年×7年=
1
PC 额定负荷 1 使用 8H/天
寿命 8H/天×300天/年×7年=16,800H
PPC 额定负荷 556H 1 PCB个数 500,000个/寿命
最小负荷时间 500,000个×分/个×(H/分)=556H
最大额定负荷(8H/天×300天×7年)-556H=
最小额定负荷

FAX 额定负荷 1 最小额定负荷 2H/天×365天/年×7年=
最大额定负荷(24H/天×365天/年×7年)-=
最小额定负荷
二. 电源装置的寿命评估
电源装置因为处理电流的缘故,所用部件受到的电应力大,发热量高,机器内部温度上升快,所以寿命评估工作尤显重要。机器的寿命基本上和使用部件的寿命挂钩。部件寿命与热、电应力成函数关系,其中更以热应力为主。
从机器寿命设计的观点来看,如果将所有部件的寿命统一,则能达到理想的最优性价比,但部件的寿命性能(影响部件寿命的电力、环境特征)相差巨大,因而难以实现。一般来说,尽可能降低短寿部件的应力,并极限化使用长寿部件,可以实现部件寿命的平均化。
电阻类、陶瓷电容器和薄膜电容器等半导体部件不接触强应力,寿命极长,因而可以说下面举出的部件的寿命才真正决定了电源的寿命。
三. 决定寿命的主要部件
①电解电容器
电解电容器的封口部位会漏出气化的电解液,这种现象会随着温度的升高而加速,一般认为温度每上升10℃,泄漏速度会提高至2倍。因此可以说电解电容器决定了电源装置的寿命。
②开关晶体管、高速功率二极管
此类部件在性能界限内使用时,基本上可以维持7~10年的寿命,但电源通断(能量循环)时产生的物理应力、热应力会导致元件劣化,提前损坏。
③风扇
球形轴承及轴承的润滑油枯竭、机械装置部件的磨损,会加速风扇的老化。加之近年的DC风扇的驱动回路开始使用电解电容器等部件,所以有必要将回路部件寿命等因素也一并考虑进去。
④光电耦合器
电流传达率(CTR;Current Transfer Ratio)随着时间的推移会逐渐减少,结果发光二极管的电流不断增大,有时会达到最大限制电流,致使系统失控。
⑤开关
多数开关电源设有电容器输入型的整流回路,在通入电源时,会产生浪涌电流,导致开关接点疲劳,引发接触电阻增大及吸附等问题。理论上认为,在电源期望寿命期间,开关的通断次数约有5,000回。
⑥冲击电流保护电阻、热敏功率电阻器
为抵抗电源通入时产生的冲击电流,设计者将电阻与SCR等元件并联起来使用。电源通入时的电力峰值高达额定数值的数十倍至数百倍,结果导致电阻热疲劳,引起断路。处在相同情况下的热敏功率电阻器也会发生热疲劳现象。
四. 寿命测试
寿命测试的意义
为保证装置的寿命,可以从构成装置的部件及材料的寿命来推算装置总体的寿命,从而