高可靠性与超宽环境温度的混合集成DC/DC变换器的

耗能量使自身发热。一般来说，如果电源具有输出功率在1～2W之间，且多路输出（双路以上），并且要求输出隔离等特点，则此类电源的最高效率仅为65％左右，即就是说要有近一半的能量消耗在电源自身，使电源发热。

元器件实际工作中的负荷率与失效率之间存在着直接的关系。因而，元器件的类型，数值确定以后，应从可靠性的角度来选择元器件必须满足的额定值，如元器件的额定功率、额定电压、额定电流等。

2?2环境温度及负荷率对可靠性的影响

从以下的资料可以看到，元器件的环境温度和使用负荷对于可靠性的影响是如何巨大。

1）半导体器件（含各种集成电路和二极管、三极管）

例如硅三极管以PD/PR=0.5使用负荷设计（PD：使用功率，PR：额定功率），则环境温度对可靠性的影响，如表2所列。

表2环境温度对半器件可靠性的影响环境温度Ta[℃]205080
失效率λ[1/10－9h]500250015000
由表2可知，当环境温度Ta[℃]从20℃增加到80℃时，失效率增加了30倍。

环境温度Ta=50℃，PD/PR对失效率的影响如表3所列。

表3PD/PR对硅半导体器件失效率的影响PD/PR00.20.30.40.50.60.70.8
失效率λ[1/10－9h]3050150700250070002000070000
由表3可知，当PD/Pn=0.8时，失效率比0.2时增加了1000倍以上。

为了提高产品的可靠性，抵消由于＋125℃高温环境所引起的失效率的增加，此类特种电源的硅半导体器件和FET器件的使用负荷设定小于0.1。

2）电容器（以固体钽电容器为例）

以UD/UR=0.6设计（UD：使用电压，UR：额定电压），则环境温度对可靠性的影响如表 4所列。

图1元器件失效率的盆底曲线

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。

2?3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。

2?4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。

2?5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

3?1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