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本文分析需要对电源进行降额的各类因素，以及降额如何提升工业电源可靠性、延长平均无故障工作时间（MTBF）。
引言：工业电源的降额
电源的额定功率，指设备在标准工作条件下能够输出的最大瓦特数。例如一款电源标注为 “480W 电源” 或 “15W DC/DC 转换器”。但该额定功率会受工作条件制约。环境温度过高或过低、输入电压偏低、工作海拔较高等外部条件，都会降低电源可连续输出的最大功率。
为应对上述工况，需要降低电源输出负载，该操作就称为降额。降额通过减少电源内部功耗、降低发热量，保障产品全生命周期内稳定工作，以此实现可靠运行、延长设备寿命。行业通用准则：环境温度每升高 10℃，设备使用寿命减半。
参数规格及其影响
温度降额曲线 X 轴代表环境温度，Y 轴代表输出功率。当环境温度升高，必须降低输出功率，防止电源过热，此时就需要执行降额。
RACPRO1-S120/24 |
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|---|---|---|---|---|
| Ambient Temperature | 50% Load | 75% Load | 100% Load | |
| +20°C | 1044 x 10³h. | 923 x 10³h | 392 x 10³h | |
| +30°C | 522 x 10³h | 462 x 10³h | 196 x 10³h | |
| +40°C | 261 x 10³h | 231 x 10³h | 98 x 10³h | |
关于设计余量的常见误区
降额曲线的查阅与解读
RECOM 工业自动化电源的降额曲线放在产品数据手册末尾；其他厂商可能将降额曲线放在应用笔记或者独立参考文档中。
图 2 为宽压输入开关稳压器（R 78K 系列）不同输入电压对应的多条降额曲线。开关稳压器的效率会随输入电压升高而下降，器件会更快抵达负载极限，因此高输入电压条件下，降额的启动温度会更低。
本例中，输入 5V、输出 2.5V 工况下，整机功耗很小，转换器几乎不存在热应力，环境温度高达 85℃仍可以满功率输出；但同样负载，如果输入电压为 36V，温度达到 65℃就必须开始降额。
RECOM 在产品手册中会公布可靠性数据。图 2 中的 R-78K-1.0 系列开关稳压器，依据 MIL HDBK 217F 标准，25℃条件下 MTBF 为 5139×10³ 小时；R-78K2.5-1.0 至 R-78K15-1.0 型号，MTBF 区间为 4990×10³～4546×10³ 小时。
电源应用中的多因素降额
关键环境与电气降额因素
- 环境温度
- 工作海拔
- 输入电压（电压等级，交流 / 直流类型）
- 负载类型（容性、感性、动态负载、阻性负载）
- 通风条件
海拔降额要求会以图表或者文字形式写入手册。以 R 78K 1.0 系列开关稳压器为例，RECOM 手册 “环境条件” 章节标注最大工作海拔 5000 米，海拔超过 2000 米即需要开始降额；2000 5000 米区间，海拔每提升 1000 米，最大输出功率降低 5%。海拔降额需要叠加温度降额共同计算。
降额与峰值功率
电机驱动器、充电电路这类强容性负载，上电瞬间会产生很大的浪涌电流，持续几毫秒至几十毫秒，浪涌幅值可达稳态电流的 10 50 倍。电源必须承受该浪涌，既不能触发过流保护，同时短路故障时又要能够正常响应。
上图为 RECOM 导轨安装电源（RACPRO1 T480 系列）的过流能力。电源可持续承受 100% 额定负载；可短时承受最高 150% 额定电流，但单次持续时间不超过 7.5 秒，且两次事件间隔至少 60 秒。输出侧发生短路时，电源可输出最高 250% 额定电流，持续 20 毫秒，保证输出回路熔断器可靠熔断。
通风与散热片
降额的实际极限
AC/DC 电源与 DC/DC 电源降额有何差异？
二者核心区别：AC/DC 电源降额，必须兼顾前端整流电路、功率因数校正（PFC）带来额外热应力与电气应力，同时还要应对更宽范围的输入电压；DC/DC 电源降额主要考虑本地热管理以及工作海拔。
AC/DC 转换器需要考量的基础要素和 DC/DC 转换器大体一致。但交流感性负载会带来特有风险：重载工况下功率因数滞后（电压电流相位偏移），负载关断时会产生反向电动势。以上两种情况都有可能让电源超出工作极限。RECOM 的 AC/DC 电源针对这类交流负载典型问题做了专门设计，具备强浪涌电流耐受能力，同时可以承受较高的反向电压。
总结及拓展资料
做工业自动化系统设计时，电源降额是不可忽略的要点。降额保障电源在设备全生命周期稳定输出充足功率，避免恶劣环境、恶劣工况大幅缩短电源寿命，降低电源过早失效停机的风险。降额曲线与计算公式，为电源及元器件选型提供重要依据。
RECOM 知识库与博客有大量电源应用与设计相关技术资料。RECOM《AC/DC 知识手册》《DC/DC 知识手册》《EMC 知识手册》系列，全面介绍电源与功率转换器相关知识。
| 系列 | ||
| R-78K-1.0 |
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| RACPRO1-S120 |
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| RACPRO1-T480 |
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| RP15-A |
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