为确保电源能在各类应用场景,尤其是在严苛的工业环境中为设备持续运行提供支持,确保电源设计具有较高的运行可靠性至关重要。本博客将从以下几个方面探讨运行可靠性:运行可靠性的定义、评估方法以及 RECOM 电源设计如何最大限度地提高运行可靠性。
什么是电源的运行可靠性?
性能稳定性
耐用性
停机时间最短
使用寿命长
标准合规性
工业环境及其对电源的影响
针对应用环境进行设计,是最大化电源运行可靠性的关键。恶劣的工业环境可能对设计存在缺陷的电源构成致命风险。气候相关的风险包括极端高温和低温、温度循环、灰尘、湿气以及盐雾高湿等情况。机械相关的风险包括冲击和振动等情况。 而电气相关的风险则包括电压浪涌、骤降和瞬变等。
接下来,让我们更深入地探讨这些风险。
- 电气风险 包括输入电压的频繁或极端变化,如浪涌、骤降或激增。这些情况都可能会给电源元器件带来风险,尤其是电容器和半导体,从而导致其过早失效。在交流/直流电源交流/直流电源中,质量不佳的交流电输入可能导致输入电源的谐波失真、电噪声和瞬态扰动。随着时间推移,这些现象会使电源元器件不堪重压,并导致其性能下降。许多工业环境都存在高水平的电磁干扰,这些干扰可能来自多个源头。典型的电磁干扰发生源包括开关设备(例如变频驱动器和电源逆变器)、工业设备(例如焊机和等离子切割机)、工业发电机以及其他电源。 高水平的电磁干扰会严重影响电源的可靠性。其他电气风险包括周期缺失,即 AC/DC 电源输入未接收到一个或多个 AC 周期。这可能是由于配电网络中的临时故障、中断或开关操作造成的。周期缺失会导致直流电源中断,从而加速元器件的老化和退化。
- 极端温度 一个常见的故障原因是过高的温度或温度循环。大多数故障都是由不同材料的热膨胀系数 (CTE) 差异引起的热应力导致的。极端温度会影响电气和机械元器件。
- 冲击和振动 是工业环境的常见特征。它们会对电子和机械元器件造成机械风险。常见的结果包括焊缝开裂、螺丝和其他紧固件松动以及金属疲劳。
运行可靠性评估
评估工业电源的运行可靠性,包括评估其在特定条件下长期稳定运行的能力。评估运行可靠性的方法有多种,但统计可靠性测量,例如平均故障间隔时间 (MTBF),并不是反映实际运行寿命的良好指标。
平均故障间隔时间 (MTBF)仅提供可靠性的总体指标,并不能确定故障类型或原因。更重要的是,MTBF 通常是在受控测试条件下计算的,这些条件可能无法完全复制电源运行所处的多样性和恶劣环境。应用环境会对实际的可靠性产生显著影响。
根据 RECOM 客户的经验,大多数早期故障不是因为元器件老化,而是由输入电压浪涌引起的,因此 MTBF 和其他类似计算无法充分反映这些情况。
如何在工业环境中最大化电源的运行可靠性
工业友好型设计
宽输入电压范围
电压中断和骤降
输入电压浪涌保护
由于输入电压浪涌是导致早期故障的首要原因,因此工业电源必须提供多种保护措施。
此外,它们还必须具备强大的输入滤波功能。RECOM 还开发了一系列适用于 PCB 安装的浪涌保护模块,符合特定工业标准,例如 RIA12、NF F 01-510 和 EN50155 等铁路机车车辆规范,或 MIL-STD-416G、MIL-STD-1275E 等军用浪涌保护标准。RSP 系列 提供 20 W、45 W、150 W、200 W 或 300 W 的连续功率额定值,适用于 110 VDC 或 24/28 VDC 的标称输入电压。RSPxxx-168 系列可承受高达 385 VDC 的输入电压浪涌。
电磁干扰滤波
输出过流保护 (OCP)
更换简便
结论
出色的运行可靠性是工业电源的关键指标。本博客回顾了一些影响运行可靠性的因素以及 RECOM 电源的几个设计特点,这些特点保证了 RECOM 电源在严苛的工业环境下具有较长的使用寿命。