高可靠性与超宽环境温度的混合集成DC/DC变换器的设计

表4环境温度对电容器可靠性的影响环境温度Ta[℃]205080
失效率λ[1/10－9h]52570
由表4可知，当环境温度Ta[℃]从20℃增加到80℃时，失效率增加了14倍。

英国曾发表电容器失效率λ正比于工作电压的5次方的资料，称为“五次定律”，即λ ∝U5。

当U=UR/2，

λ=λR/25=λR/32(λR为额定失效率)

即电容器工作电压降低到额定值的50％时，失效率可以减小32倍之多。

3）碳膜电阻器

以PD/PR=0.5设计，则环境温度对可靠性的影响如表5所列。

表5环境温度对碳膜电阻器可靠性的影响环境温度Ta[℃]205080
失效率λ[1/109h]124
由表5可知，当环境温度Ta[℃]从20℃增加到80℃时，失效率增加了4倍。

碳膜电阻器使用于军品的数据如表6所列。

表6PD/PR对碳膜电阻器失效率的影响PD/PR00.20.40.60.81.0
失效率λ[1/109h]0.250.51.22.54.07.0
由表6可知，当PD/PR=0.8时，失效率比PD/PR=0.2时增加了8倍。

23失效率曲线

元器件失效率的盆底曲线如图1所示。

失效率λ与工作时间的关系为

1）早期失效期

λ高但迅速下降，差的元器件在短期工作后失效，可用筛选老化来淘汰早期失效的元器件。

2）有效工作期

λ低而固定，元器件因多种不同原因而失效。

3）寿命结束期

λ高而迅速上升，大部分元器件因损耗而失效。

24经验数据

实际使用中的经验数据为

——半导体元器件负荷率应在0.3左右；而此电源使用负荷设定小于0.2。

——电容器负荷率（工作电压和额定电压之比）最好在0.5左右，一般不要超过0.8；而此电源使用负荷设定小于0.5，并且尽量使用无极性电容器。

——电阻器、电位器、负荷率≤0.5。而此电源使用厚膜烧结电阻，可靠性将更高。

总之，对各种元器件的负荷率只要有可能，一般应保持在≤0.3。不得已时，通常也应 ≤0.5。

25可靠性设计原则

综上所述，我们可以得出设计此特种电源的可靠性设计原则。

首先将此电源视为一个复杂的电子系统工程，视为由几个子单元组成的较大电子系统。提高它的可靠性主要从下几方面（其重要性依次递减）入手。

1）对于关键元器件，采用并联方式，保证此单元有足够的冗余度

如图2所示的R1、R6；C9、C11。

2）原则上要尽一切可能减少元器件使用数目经过多次试验验证R11、C8、D6完全可以去掉。

3）在同等体积下尽量采用高额度的元器件例如T1、V1、L1、L2、L3。

4）选用高质量等级的元器件IC1、IC2、DZ1选用特军级。

5）原则上不选用电解质电容尽量选用无极性

介质电容。例如：C2、C5、C6、C7。

6）没有接线或连接器采用厚膜混合技术。

7）品质检查（进行老化、在线验测，执行ISO9000系列标准）进厂后还要经过严格的老化、筛选。

上述七个方面便是此电源选用元器件的原则。

3电源工作方式与关键元器件的选择

31电源工作方式的选择

两种不同的电源工作方式比较情况如表7所示。

表7电流反馈单端正激式电源和电压反馈

推挽式电源的比较电流反馈单端正激式电源电压反馈推挽式电源元器件数少较多
工作频率提高容易（最高可大于800kHz）不容易（250kHz）
高低温稳定性很好一般
功率密度较高低
工作应力较小大
振荡过冲很小较大
过流保护自带外加
从表7的对比我们不难看出，电流反馈单端正激式的突出优点在于

1）高频率工作下的低应力；

2）同样功率的电源所用的元器件较少；

3）因为其为电流反馈式，使其先天地具有高、低温稳定性强于电压反馈式的优点。

此电源原理图如图2所示。

32关键元器件的选择

1）主电路1843的选择

一般似乎认为，只要是1843它都应当满足在全温度范围（－55℃～＋125℃）内的所有主要技术指标，如基准电压的稳定度，设定的振荡频率等，但在实际中往往不是这样。在占空比D=50％，脚6模拟负载R=75Ω，C=2200pF，R,C并联的实验条件下，振荡频率稳定度的实验结果如表8所示。

从表8我们不难看出以下几点：

——对3843来讲，高温参数的严重漂移应在情理之中，因为在此高温下其技术指标不能满足稳定度的要求，特别应该注意的是，同为UC3843，不同年份生产的同类产品其性能指标也存在巨大的差异。

——对1843来讲，不同生产厂家的产品，其振荡频率高温稳定性也同样存在较大的差异。这一点更应当引起各位同行，特别是军品生产单位同仁们的注意。在高温下基本振荡频率的严重漂移，所带来最直接的后果是不言而喻的。它已经严重破坏了电源本身的基本参数（主变压器的工作特性）使电源在高温下无法正常工作。