电源领域探秘：如何克服挑战确保电源系统的高可靠性

电源的软启动对降低MOSFET和输出整流器的尖锐电压与电流有重大影响，从而减少其电压和电流应力。对于LLC谐振类型电源而言，软启动对电源启动的可靠性尤为关键：因LLC电源的集成电路通过高频率扫描方式启动。在集成电路激活时，它会从预设的最高频率开始逐步降低至正常频率，这一恢复过程即为软启动时间。在此阶段，电源处于不稳定状态，软启动时间越长，系统启动越安全；然而，时间过长可能会影响电源的带负载能力和启动速度。

关于电源电压应力，它是确保电源可靠性的一个核心指标。在电源设计中，许多元件均设有最大耐压限制，如：场效应晶体管的Vds与Vgs，二极管的反向耐压，IC的最大VCC电压及输入输出电容的耐压极限。因此，在设计阶段，必须考虑到各元件的最大耐压，并选择相应的元件后进行实际测试以验证其性能。测试中，我们需评估电源在所有工作状态下的电压应力，以确保即便在最苛刻的工作条件下也有大约10%的安全裕度。

保护电路对电源的可靠性也至关重要。保护电路包括输入欠压保护、输入过压保护、输出过流保护、输出短路保护及输出过压保护等。为避免因输入电压过低而导致电源异常运行，必须加装输入欠压保护；为防止输入电压过高造成电压应力超标，需设置输入过压保护；为防止输出过流及短路引起的器件过热和磁饱和等问题，需要配置过流和短路保护；为避免输出电压过高导致负载端损坏，电源应具备输出过压保护功能。

电源的电流应力通常与热应力紧密相关。以SK54二极管为例，其最大平均电流为5A，但这是在满足热应力降额的前提下的极限参数。因此，在选型时，必须同时考虑器件的电流应力和热应力。只有在满足热应力条件下，选择适当额定电流的器件，才能确保电源的可靠性要求。

反馈环路是电源的一个重要组成部分。在设计电源时，我们必须确保反馈环路的稳定性。因此，在设定环路参数时需要保留一定的裕度，例如增益裕度通常保持在20dB左右，相位裕度保持在45度左右，穿越频率通常设定在开关频率的1/6。实际测试后需进一步验证环路的稳定性。

我们在设计反激变压器及一些存储电感时，设定最大磁通量Bm极为关键。由于电源启动和短路保护时的最大磁通量Bm会超过稳态工作时的Bm，因此在设定变压器的Bm时需预留充足的裕度。根据磁芯温度100℃的特性曲线，当Bm=0.35T时，磁芯接近饱和。出于对电源启动、输出过流及短路等极端情况的考虑，铁氧体P4材料的变压器的稳态Bm通常设定在0.25T以下。

影响电源可靠性的因素众多，除了上述几点外，还包括EMC、安规和过热保护等都是电源可靠性的关键因素。设计一个电源可能不算困难，但要设计出一个稳定可靠的电源绝非易事。我们只有在设计中考虑到所有可能的可靠性因素并加以实际验证，才能确保我们的电源是真正稳定和可靠的。