Buck DC-DC开关变换器的可靠性分析与应用

论文摘要

开关变换器是开关电源的主电路,通过对开关变换器的可靠性设计,能够减少开关电源发生故障的概率,提高电子设备的稳定性。文中介绍了开关电源可靠性分析的基本要素、描述指标和常规分析方法。指出了Buck变换器电路中各器件的工作电压和电流峰值及开关损耗是随着输入电压和负载在其动态范围内的变化而变化的,分析了在连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)下变换器各器件的最大应力。得到在变换器动态范围内,最高输入电压和最低负载电阻所对应的临界电感为使元器件所受峰值应力最小的最佳电感值,Spice仿真验证了结论的准确性。详细分析了Buck变换器电路可靠性设计方法,在基于最佳电感值下建立可靠性模型,运用工程加权法将可靠性指标分配给各个器件,用应力预计法分析确定元器件的额定电应力以指导选择满足可靠性要求的元器件。在选定的元器件基础上,在Buck变换器的动态范围内改变电感值分别计算它们所对应的MTBF,与最佳电感值对应的MTBF相比较,得出只要电感值大于最佳电感值变换器都满足可靠性指标。由于电子电路系统设计的相似性,本文采用的方法也可以应用在开关电源其他变换器的设计中,或者其他电子电路产品中。本课题的最佳电感的取值的分析方法,对开关电源其他的变换器电路可靠性设计有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 开关电源的发展概况和研究方向
• 1.1.1 开关电源的发展概况
• 1.1.2 开关电源的发展方向
• 1.2 电子电路系统可靠性工程的发展概况及现状
• 1.3 课题背景和研究意义
• 1.3.1 Buck 开关变换器可靠性分析提出的背景
• 1.3.2 Buck 开关变换器可靠性分析的研究意义
• 1.4 本文的主要研究内容及其结构
• 2 可靠性概述
• 2.1 可靠性概念
• 2.2 可靠性特征量
• 2.2.1 可靠性特征量统计值
• 2.2.2 可靠性特征量理论值
• 2.3 可靠性模型建立
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 常用可靠性模型和计算方法
• 2.3.3 可靠性建模应注意的问题
• 2.4 可靠性设计的目的、任务和内容
• 2.4.1 可靠性设计的目的和任务
• 2.4.2 可靠性设计的主要内容
• 2.5 常用的电子线路可靠性设计方法
• 2.5.1 采用优选电路和优化设计
• 2.5.2 降额设计
• 2.5.3 热设计
• 2.5.4 电磁兼容设计
• 2.5.5 环境保护设计
• 2.6 本章小结
• 3 可靠性指标预计与分配
• 3.1 元器件失效原因分析及其选择
• 3.1.1 电子元器件的失效原因
• 3.1.2 元器件的选择的原则
• 3.1.3 元器件选择程序
• 3.2 可靠性预计方法
• 3.2.1 简单枚举不完全归纳可靠性快速预计方法
• 3.2.2 元器件计数预计法
• 3.2.3 元器件应力分析法
• 3.3 可靠性指标分配
• 3.3.1 影响产品可靠性因素
• 3.3.2 分配方法与示例
• 3.3.3 进行可靠性指标分配应注意事项
• 3.4 可靠性指标预计和分配的关系
• 3.5 本章小结
• 4 BUCK DC-DC 开关变换器分析
• 4.1 BUCK DC-DC 开关变换器稳态分析
• 4.1.1 电路工作原理
• 4.1.2 主要概念与关系式
• 4.2 BUCK DC-DC 开关变换器电感纹波电流分析
• 4.2.1 Buck 变换器工作区域的划分
• 4.2.2 Buck 变换器的电感纹波电流
• 4.3 BUCK DC-DC 开关变换器电感纹波电流最大值
• LCC 时的最大电感峰值电流'>4.3.1 L>LCC 时的最大电感峰值电流
• 4.3.2 L
• 4.3.3 LCA
• 4.4 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 5 BUCK DC-DC 开关变换器可靠性分析与设计
• 5.1 电源电路系统的可靠性设计方法
• 5.1.1 确定可靠性指标
• 5.1.2 建立可靠性模型
• 5.1.3 快速预计法检验可靠性指标
• 5.1.4 可靠性指标分配
• 5.1.5 进行元器件选择和可靠性分析
• 5.2 BUCK 开关变换器的可靠性分析与设计
• 5.2.1 Buck 开关变换器可靠性模型建立
• 5.2.2 快速预计法检验可靠性指标
• 5.2.3 可靠性指标分配
• 5.2.4 元器件可靠性分析
• 5.3 BUCK 开关变换器的可靠性设计示例
• 5.3.1 基于最佳电感值的可靠性设计
• 5.3.2 不同电感值的可靠性比较
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录