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电源技术资料

电涌会损坏那些电气设备?

View: Date:2013-03-30
含有微处理器的电气设备极易受到电涌的损坏,这包括计算机和计算机的辅助设备、程序控制器、PLC、传真机、电话、留言机等;程控交换机、广播电视发送机、微波中继设备;家电行业的产品包括电视、音响、微波炉、录像机、洗衣机、烘干机和电冰箱等。美国的调查数据表明,在保修期内出现问题的电气产品中,有63%是由于电涌造成的。

电涌的来源
  电涌可来自电气装置外部,也可来自电气装置内部,即来自电气装置内的电器设备。来自外部的电涌 这种电涌由雷电或公用电网开关的投切引起,这两类有害的电源扰动都可扰乱计算机和微机信息处理系统的工作,引起停工或永久性设备损坏。

  当云层上有电荷储蓄,云层下表面产生极性相反的等量电荷时,将引起雷电放电。其后的情况就象一个大电池组或一个大电容器的放电那样,云层和地面间的电荷电位高达若干百万伏。发生雷击时以若干千安计的电流通过雷击放电,经过所有设备和大地返回云层,从而完成电的通路。不幸的是这个雷电通路常常取道重要或贵重的设备。电涌防护的关键概念是给雷电感应电流提供一个通向大地的短捷有效的通路。这样雷电涌流将从设备外分流。大的雷击电流值常被例举应用,其实它发生的可能性很小。如Bellcore公司的工程师们将电涌防护器的泄放电流规定为20000A(见参考资料TR-NWT-001011)。虽然他们按经验将出现在其电气设备装置中的最大尖峰电流定为10000A,他们仍取100%的安全系数,即将电涌防护器的泄放电流规定为2000A。在线路高度暴露地段发生21万A的雷击电流(有记录的最大值之一)的机会只占总雷击机会的0.5%。如此大的雷击电流极少出现在建筑物电源进线处,但仍须重视对这种外来电涌的防范。来自内部的电涌 来自内部的电涌是经常发生的,诸如来自空调机、空压机、电弧焊机、电泵、电梯、开关电源和其它一些感性负荷的电涌。例如一台20hp的感应电动机(线电压 230V,4级,Y结线)在最大转矩时每相具有约39J的储存能量,当其标称方根值电流被截断时,它将产生瞬态过电压。它经常发生,和它自同一配电箱供电的其它负荷将因此易受损坏或工作失常。不要以为电气装置电源进线上的过电压防护器可以保护电气设备不受内部电涌的危害。它不能,它只能对沿电源线进入电气装置的外部电涌进行防范,因大容量的进线防护器距内部电涌发生处的距离太远。

平均故障间隔时间

  很多DPA系统都要求高度的可靠性,这就对平均故障间隔时间(MTTF)提出了要求。在这里要提醒读者,仅凭产品说明书上的数据是不能评价某个产品可靠性的优劣的。  造成这个问题的原因是,目前国际上尚未制定出公认的关于MTTF指标的定义和计算标准,各厂商普遍使用的是美国军用标准MIL-HDBK-217F中的“一般情况下的”可靠性预测方法,以及Bellcore标准TR-NWT-000332中的电信设备模型。不过,即便是声称遵照同一标准推算出来的MTTF指标,常常也不一致。  这种不一致的第一个来源,是计算公式中对元器件特性的处理方式不同(例如某些算式将焊接点的影响忽略不计,而焊接点故障是电路失效的最常见原因之一);来源之二是元器件的可靠性指标。举个例子,某些厂商采用MIL-HDBK-217F中的器件数据和故障率数据,另外一些厂商则采用其他渠道的数据;第三个来源是具体的计算方法差异(即便是MIL-HDBK,也给出了两种不同的预测工具)。当然,在变换器投入使用之前,任何MTTF指标都毫无意义。  温度对可靠性有显著的影响,经验公式是:环境温度每升高10℃,器件寿命将缩短一半。如果主要的设备需要在40℃~50℃条件下运行,并且电源部件的温度高于环境温度20℃,那么,25℃条件下推算出来的MTTF指标就失去了意义。


  实践证明,设计人员必须透过产品说明书的数据,深入地理解厂商推算MTTF的方法。必须去查询推算的详细步骤,知道原始数据的来源及其测量条件,对于那些无法提供详细资料的厂商,应该对其指标持保留态度。

  有关统计数据表明,模块电源在预期有效时间内失效的主要原因是外部故障条件下损坏。而正常使用失效的机率是很低的。因此延长模块电源寿命、提高系统可靠性的重要一环是选择保护功能完善的产品,即在模块电源外部电路出现故障时模块电源能够自动进入保护状态而不至于永久失效,外部故障消失后应能自动恢复正常。模块电源的保护功能应至少包括输入过压、欠压、软启动保护;输出过压、过流、短路保护,大功率产品还应有过温保护等。

  功耗和效率

  根据公式 ,其中Pin、Pout、P耗分别为模块电源输入、输出功率和自身功率损耗。由此可以看出,输出功率一定条件下,模块损耗P耗越小,则效率越高,温升就低,寿命更长。除了满载正常损耗外,还有两个损耗值得注意:空载损耗和短路损耗(输出短路时模块电源损耗),因为这两个损耗越小,表明模块效率越高,特别是短路未能及时采取措施的情况下,可能持续较长时间,短路损耗越小则因此失效的机率也大大减小。当然损耗越小也更符合节能的要求。

  软开关技术:为提高变换器的变换效率,各种软开关技术应用而生,具有代表性的是无源软开关技术和有源软开关技术,主要包括零电压开关/零电流开关(ZVS/ZCS)谐振、准谐振、零电压/零电流脉宽调制技术(ZVS/ZCS-PWM)以及零电压过渡/零电流过渡脉宽调制(ZVT/ZCT-PWM)技术等。采用软开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力,有助于变换器变换效率的提高。

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