本文關鍵詞：開關電源關鍵器件失效研究及探測

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【摘要】：電子系統(tǒng)中,開關電源擔任著非常重要的角色,其承擔著對電能進行轉(zhuǎn)換、加工和調(diào)節(jié)的任務,廣泛應用于航天、通信和核電等領域。開關電源的健康狀態(tài)對電子系統(tǒng)的正常工作有著決定性作用,其退化體現(xiàn)在其性能參數(shù)與規(guī)格指標發(fā)生偏離,而根本原因則是內(nèi)部關鍵元器件發(fā)生了退化甚至失效。電解質(zhì)濾波電容和光耦合器即是其中非常重要并且容易退化和失效的關鍵元器件,對其進行故障監(jiān)測與壽命估算,具有重大的工程意義。本文主要對開關電源中的兩個關鍵的器件,即電解質(zhì)濾波電容以及光電耦合器的性能退化特性進行研究。根據(jù)國內(nèi)外諸多專家學者的研究成果,推導確定其退化參數(shù)的監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集的方案。其中,電解質(zhì)濾波電容的退化由串聯(lián)電阻ESR(Equivalent Series Resistance)表征,其退化影響開關電源輸出端電壓中的紋波電壓大小;光耦合器的退化由其特征參數(shù)電流傳輸比CTR(Current Transfer Ratio)表征,其退化影響開關電源內(nèi)部反饋回路的性能,影響開關電源的輸出瞬時震蕩頻率。通過監(jiān)測開關電源輸出的紋波電壓和瞬時震蕩進行監(jiān)測則可以監(jiān)測其退化和故障。在確立數(shù)據(jù)采集方案的基礎上,通過對關鍵元器件進行退化研究實驗,并且對實驗采集的關鍵數(shù)據(jù)進行處理,建立電解質(zhì)濾波電容以及光耦合器的關鍵參數(shù)的失效檢測模型。于電解質(zhì)濾波電容而言,等效電阻ESR值與紋波電壓幅值ARIP成線性關系;對光耦合器來說,電流傳輸效率CTR值與震蕩脈沖個數(shù)N為二次函數(shù)的關系。根據(jù)得到的關鍵元器件性能退化的失效模型,針對性的開發(fā)設計電解質(zhì)濾波電容器和光耦合器的失效監(jiān)測系統(tǒng),設計其關鍵信號(紋波電壓以及瞬時震蕩)的監(jiān)測電路,完成對開關電源的性能退化預警和故障監(jiān)測。
【關鍵詞】：開關電源 電解質(zhì)電容 光耦合器 故障監(jiān)測
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN86
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究工作的背景與意義9-10
• 1.2 開關電源故障檢測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容與方案11-13
• 1.3.1 研究內(nèi)容11
• 1.3.2 研究方案11-12
• 1.3.3 本文的創(chuàng)新之處12-13
• 1.4 本文的結構安排13-14
• 第二章 開關電源關鍵元器件的失效機理14-24
• 2.1 電解質(zhì)濾波電容的失效模型及機理14-19
• 2.1.1 等效電路14-16
• 2.1.2 退化原因16
• 2.1.3 退化過程在參數(shù)上的表現(xiàn)16-18
• 2.1.4 關鍵參數(shù)的選取及分析18-19
• 2.2 光耦合器的失效模型及機理19-23
• 2.2.1 光耦合器的結構及特點19-21
• 2.2.2 光耦合器退化機理21-23
• 2.2.2.1 光耦合器退化機理21
• 2.2.2.2 光耦合器CTR的表征21-23
• 2.3 本章小結23-24
• 第三章 元器件退化的關鍵監(jiān)測信號24-31
• 3.1 電解質(zhì)濾波電容退化關鍵信號24-27
• 3.1.1 時域分析24-25
• 3.1.2 頻域分析25-26
• 3.1.3 利用紋波電壓的近似計算26-27
• 3.2 光耦合器退化關鍵信號確定27-30
• 3.3 本章小結30-31
• 第四章 關鍵元器件的加速實驗31-37
• 4.1 電解質(zhì)濾波電容的退化實驗31-34
• 4.2 光耦合器的退化實驗34-36
• 4.3 本章小結36-37
• 第五章 監(jiān)測電路設計與仿真37-53
• 5.1 電解質(zhì)電容檢測電路設計及仿真38-45
• 5.1.1 偏置放大電路39-41
• 5.1.2 濾波電路41-44
• 5.1.3 整體電路44-45
• 5.2 光耦合器檢測電路設計及仿真45-50
• 5.2.1 震蕩引入電路46-47
• 5.2.2 整形電路47-48
• 5.2.3 放大電路48-49
• 5.2.4 方波產(chǎn)生電路49-50
• 5.2.5 整體電路50
• 5.3 ARM數(shù)據(jù)處理流程50-52
• 5.4 本章小結52-53
• 第六章 監(jiān)測設備測試53-68
• 6.1 PCB電路測試54-61
• 6.1.1 文波電壓采集電路測試54-57
• 6.1.2 震蕩信號采集電路測試57-61
• 6.2 故障監(jiān)測設備測試61-67
• 6.2.1 電解電容故障監(jiān)測測試61-64
• 6.2.2 光耦合器故障監(jiān)測測試64-67
• 6.3 本章小結67-68
• 第七章 總結與展望68-70
• 7.1 全文總結68
• 7.2 后續(xù)工作展望68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-75
• 攻讀碩士學位期間取得的成果75-76

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