一种DC/DC电源模块寿命评价关键器件确定方法与流程

本发明涉及一种寿命评价关键器件确定方法，特别是一种dc/dc电源模块寿命评价关键器件确定方法。

背景技术：

限于器件生产厂家技术原因，dc/dc电源模块寿命评价关键器件的确定一直是个难题；传统方法一般是失效分析，经验总结；电源模块的寿命评价一般也是进行加速寿命试验或加速退化试验；试验样本多、试验时间长、试验成本高；而通过对电源模块工作环境的分析，主要通过仿真的方法确定主要环境应力下的影响其寿命的关键器件，时间短、成本低、简便易行。

专利号为cn201310101111.7、名称为“一种实时监测闭环控制系统及其工作方法”的专利中记载，该发明包括电源、功率变换器、输出滤波整流器、采样网络、比较器、pwm控制器和驱动器，所述功率变换器、输出滤波整流器、采样网络、比较器、pwm控制器和驱动器一次相连，所述电源包含输入端电源电压和输出端电源电压，所述功率变换器与输入端电源电压电性连接，所述输出端电源电压连接在输出滤波整流器与采样网络之间。应用闭环传递函数实测结果，建立关键器件失效与电源失效的动态模型。该方法在应用中，运用在线闭环测试方式，仅在线可测，并且针对电源模块本身进行测试，具有局面缺陷。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，迅速准确地确定关键器件以精准评估电源模块的寿命，本发明提供一种dc/dc电源模块寿命评价关键器件确定方法。

本发明为一种dc/dc电源模块寿命评价关键器件确定方法，包括：

步骤102，dc/dc电源模块失效模式及失效机理分析；

步骤104，基于pspice的寿命评价关键器件确定；

步骤106，基于ansys的寿命评价关键器件确定，主要包括基于solidworks的dc/dc电源模块建模与基于ansys的电源模块稳态热分析；

步骤108，基于ansysworkbench的寿命评价关键器件确定研究；

步骤110，对电应力、热应力及振动应力等的分析结果取或集，可确定dc/dc电源模块寿命评价关键器件。

优选地，所述步骤102中，包括外部环境对dc/dc的影响分析，包括过电应力、温度、振动和机械冲击、电磁干扰、湿度以及砂土和灰尘。

优选地，所述步骤102中，包括内部元器件等的失效分析，包括磁性元件、表贴元件、厚膜表贴电阻、独石陶瓷电容、开关管及二极管、塑封器件，以及基板、键合点。

优选地，所述步骤104中，具体包括，利用pspice建立的仿真原理图，调用相关元器件、高频变压器及电感的模型，建立电路仿真原理图，进行瞬态分析，监测分析各主要器件关键点波形。

优选地，所述步骤104中，主要器件关键点包括振荡器输出、光耦电流、mosfet功率开关管漏极电压、整流管输出电压、储能电感上电流及电容电流。

优选地，所述步骤104中，分别对功率开关管、二极管、输出电容、储能电感等进行参数扫描分析，研究参数变化对电路的影响，对pspice电路仿真结果进行总结可得电应力作用下dc/dc电源模块寿命评价关键器件。

优选地，所述步骤106中，对电源模块进行温度应力下的模型简化，读入或创建电源模块3d模型、定义并分配单元类型及材料属性、对模型进行布尔逻辑运算、划分网格、施加载荷及边界条件、求解及后处理，仿真分析可得不同工作温度下电源模块内部主要发热器件，结合器件工作温度及器件结温，进而可以确定温度应力作用下电源模块寿命评价关键器件。

优选地，所述步骤108中，对电源模块进行振动应力下的模型简化，读入或创建电源模块3d模型、定义并分配单元类型及材料属性、划分网格、施加载荷及边界条件、求解及后处理。

优选地，所述步骤108中，首先进行模态仿真分析，可得电源模块前6阶振动模态频率及模态振型，在前面模态分析的基础上，依据gjb150中给定的功率谱曲线，在ansysworkbench中建立激励，为模型添加功率谱加速度激励，求解完成后，可以得到随机振动分析垂直于基板方向的随机响应云图，可以得到振动应力下的薄弱环节，总结分析可得随机振动下电源模块寿命评价关键器件。

优选地，所述步骤108中，所述随机响应云图为速度响应云图、加速度响应云图及等效应力响应云图。

综上所述，采用了上述技术方案，较之传统的经验总结等方法更科学更精确，相比于以往电源模块的寿命评价的试验方法，本发明通过对电源模块工作环境的分析，主要通过仿真的方法确定主要环境应力下的影响其寿命的关键器件，时间短、成本低、简便易行。

附图说明

图1为本发明一个实施例的一种dc/dc电源模块寿命评价关键器件确定方法实施步骤的示意图。

具体实施方式

dc/dc电源模块寿命评价关键器件确定方法主要包括以下几个方面：

首先，dc/dc电源模块失效模式及失效机理分析。一是外部环境对dc/dc的影响分析，包括过电应力、温度、振动和机械冲击、电磁干扰、湿度以及砂土和灰尘等。二是内部元器件等的失效分析，包括磁性元件、表贴元件、厚膜表贴电阻、独石陶瓷电容、开关管及二极管、塑封器件，以及基板、键合点等。

其次，基于pspice的寿命评价关键器件确定。利用pspice建立的仿真原理图，调用相关元器件、高频变压器及电感的模型，建立电路仿真原理图，进行瞬态分析，监测分析各主要器件关键点波形，如振荡器输出、光耦电流、mosfet功率开关管漏极电压、整流管输出电压、储能电感上电流、电容电流等。对前面复杂的电路进行简化，分别对功率开关管、二极管、输出电容、储能电感等进行参数扫描分析，研究参数变化对电路的影响。对pspice电路仿真结果进行总结可得电应力作用下dc/dc电源模块寿命评价关键器件。

然后，基于ansys的寿命评价关键器件确定，主要包括基于solidworks的dc/dc电源模块建模与基于ansys的电源模块稳态热分析。因电源模块内部结构复杂，为了便于有限元网格的划分，对电源模块进行温度应力下的模型简化；读入或创建电源模块3d模型、定义并分配单元类型及材料属性、对模型进行布尔逻辑运算、划分网格、施加载荷及边界条件、求解及后处理。仿真分析可得不同工作温度下电源模块内部主要发热器件，结合器件工作温度及器件结温等，进而可以确定温度应力作用下电源模块寿命评价关键器件。

此外，基于ansysworkbench的寿命评价关键器件确定研究。对电源模块进行振动应力下的模型简化，读入或创建电源模块3d模型、定义并分配单元类型及材料属性、划分网格、施加载荷及边界条件、求解及后处理。首先进行模态仿真分析，可得电源模块前6阶振动模态频率及模态振型。在前面模态分析的基础上，依据gjb150中给定的功率谱曲线，在ansysworkbench中建立激励；为模型添加功率谱加速度激励，求解完成后，可以得到随机振动分析垂直于基板方向的随机响应云图(速度响应云图、加速度响应云图及等效应力响应云图)，可以得到振动应力下的薄弱环节。总结分析可得随机振动下电源模块寿命评价关键器件。

最后，对电应力、热应力及振动应力等的分析结果取或集，可确定dc/dc电源模块寿命评价关键器件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。