【導(dǎo)讀】為確保電源能在各類應(yīng)用場(chǎng)景，尤其是在嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境中為設(shè)備持續(xù)運(yùn)行提供支持，確保電源設(shè)計(jì)具有較高的運(yùn)行可靠性至關(guān)重要。本博客將從以下幾個(gè)方面探討運(yùn)行可靠性：運(yùn)行可靠性的定義、評(píng)估方法以及 RECOM 電源設(shè)計(jì)如何最大限度地提高運(yùn)行可靠性。
為確保電源能在各類應(yīng)用場(chǎng)景，尤其是在嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境中為設(shè)備持續(xù)運(yùn)行提供支持，確保電源設(shè)計(jì)具有較高的運(yùn)行可靠性至關(guān)重要。本博客將從以下幾個(gè)方面探討運(yùn)行可靠性：運(yùn)行可靠性的定義、評(píng)估方法以及 RECOM 電源設(shè)計(jì)如何最大限度地提高運(yùn)行可靠性。
什么是電源的運(yùn)行可靠性？
運(yùn)行可靠性是衡量電源能否在無(wú)故障情況下完成其預(yù)期功能的一項(xiàng)指標(biāo)。電源的運(yùn)行可靠性主要包括以下幾個(gè)因素：
性能穩(wěn)定性：電源必須能提供穩(wěn)定且準(zhǔn)確的電壓和電流，避免可能干擾連接設(shè)備運(yùn)行的波動(dòng)。
耐用性：電源應(yīng)當(dāng)能夠承受其所運(yùn)行的環(huán)境條件。
停機(jī)時(shí)間最短：電源應(yīng)具有低故障率，其設(shè)計(jì)應(yīng)最大限度地減少中斷的可能性，確保設(shè)備盡可能保持持續(xù)運(yùn)行。
使用壽命長(zhǎng)：電源應(yīng)具有較長(zhǎng)的使用壽命，減少頻繁更換或維修的需求，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性：電源應(yīng)符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證，這些標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證通常包括可靠性和安全性的要求。
工業(yè)環(huán)境及其對(duì)電源的影響
針對(duì)應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，是最大化電源運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵。惡劣的工業(yè)環(huán)境可能對(duì)設(shè)計(jì)存在缺陷的電源構(gòu)成致命風(fēng)險(xiǎn)。氣候相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)包括極端高溫和低溫、溫度循環(huán)、灰塵、濕氣以及鹽霧高濕等情況。機(jī)械相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)包括沖擊和振動(dòng)等情況。 而電氣相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)則包括電壓浪涌、驟降和瞬變等。
接下來(lái)，讓我們更深入地探討這些風(fēng)險(xiǎn)。
*電氣風(fēng)險(xiǎn)包括輸入電壓的頻繁或極端變化，如浪涌、驟降或激增。這些情況都可能會(huì)給電源元器件帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，尤其是電容器和半導(dǎo)體，從而導(dǎo)致其過(guò)早失效。在交流/直流電源中，質(zhì)量不佳的交流電輸入可能導(dǎo)致輸入電源的諧波失真、電噪聲和瞬態(tài)擾動(dòng)。隨著時(shí)間推移，這些現(xiàn)象會(huì)使電源元器件不堪重壓，并導(dǎo)致其性能下降。
許多工業(yè)環(huán)境都存在高水平的電磁干擾，這些干擾可能來(lái)自多個(gè)源頭。典型的電磁干擾發(fā)生源包括開(kāi)關(guān)設(shè)備（例如變頻驅(qū)動(dòng)器和電源逆變器）、工業(yè)設(shè)備（例如焊機(jī)和等離子切割機(jī)）、工業(yè)發(fā)電機(jī)以及其他電源。 高水平的電磁干擾會(huì)嚴(yán)重影響電源的可靠性。
其他電氣風(fēng)險(xiǎn)包括周期缺失，即 AC/DC 電源輸入未接收到一個(gè)或多個(gè) AC 周期。這可能是由于配電網(wǎng)絡(luò)中的臨時(shí)故障、中斷或開(kāi)關(guān)操作造成的。周期缺失會(huì)導(dǎo)致直流電源中斷，從而加速元器件的老化和退化。
*極端溫度。一個(gè)常見(jiàn)的故障原因是過(guò)高的溫度或溫度循環(huán)。大多數(shù)故障都是由不同材料的熱膨脹系數(shù) (CTE) 差異引起的熱應(yīng)力導(dǎo)致的。極端溫度會(huì)影響電氣和機(jī)械元器件。
*沖擊和振動(dòng)是工業(yè)環(huán)境的常見(jiàn)特征。它們會(huì)對(duì)電子和機(jī)械元器件造成機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)。常見(jiàn)的結(jié)果包括焊縫開(kāi)裂、螺絲和其他緊固件松動(dòng)以及金屬疲勞。
運(yùn)行可靠性評(píng)估
評(píng)估工業(yè)電源的運(yùn)行可靠性，包括評(píng)估其在特定條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的能力。
評(píng)估運(yùn)行可靠性的方法有多種，但統(tǒng)計(jì)可靠性測(cè)量，例如平均故障間隔時(shí)間 (MTBF)，并不是反映實(shí)際運(yùn)行壽命的良好指標(biāo)。
平均故障間隔時(shí)間 (MTBF)僅提供可靠性的總體指標(biāo)，并不能確定故障類型或原因。更重要的是，MTBF 通常是在受控測(cè)試條件下計(jì)算的，這些條件可能無(wú)法完全復(fù)制電源運(yùn)行所處的多樣性和惡劣環(huán)境。應(yīng)用環(huán)境會(huì)對(duì)實(shí)際的可靠性產(chǎn)生顯著影響。
根據(jù) RECOM 客戶的經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)早期故障不是因?yàn)樵骷匣?，而是由輸入電壓浪涌引起的，因?MTBF 和其他類似計(jì)算無(wú)法充分反映這些情況。
如何在工業(yè)環(huán)境中最大化電源的運(yùn)行可靠性
RECOM 電源具備多種功能，以減少電氣風(fēng)險(xiǎn)并最大化運(yùn)行可靠性。
工業(yè)友好型設(shè)計(jì)。RECOM 電源采用先進(jìn)的散熱設(shè)計(jì)和高效率，能在擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)滿載運(yùn)行，從而將元器件風(fēng)險(xiǎn)降至最低。許多設(shè)計(jì)都具有輸出電壓微調(diào)功能，有助于補(bǔ)償長(zhǎng)電纜的電壓降。
寬輸入電壓范圍。RECOM 電源還具有寬輸入范圍的特點(diǎn)。輸入電壓為 85–264 VAC 的 AC/DC 電源和輸入電壓為 4.0–36.0 VDC 的 DC/DC 電源就是典型的例子。
電壓中斷和驟降。RECOM 的 AC/DC 工業(yè)電源符合 IEC/EN61000-4-11:2004+A1:2017 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于電壓驟降和中斷的 B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。如需了解詳情，請(qǐng)與我們聯(lián)系。
輸入電壓浪涌保護(hù)。由于輸入電壓浪涌是導(dǎo)致早期故障的首要原因，因此工業(yè)電源必須提供多種保護(hù)措施。
此外，它們還必須具備強(qiáng)大的輸入濾波功能。RECOM 還開(kāi)發(fā)了一系列適用于 PCB 安裝的浪涌保護(hù)模塊，符合特定工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如 RIA12、NF F 01-510 和 EN50155 等鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛規(guī)范，或 MIL-STD-416G、MIL-STD-1275E 等軍用浪涌保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。RSP 系列提供 20 W、45 W、150 W、200 W 或 300 W 的連續(xù)功率額定值，適用于 110 VDC 或 24/28 VDC 的標(biāo)稱輸入電壓。RSPxxx-168 系列可承受高達(dá) 385 VDC 的輸入電壓浪涌。
電磁干擾濾波。如果需要電磁干擾保護(hù)，RECOM 的大多數(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中均提供符合行業(yè)規(guī)范的推薦濾波電路設(shè)計(jì)。RECOM 還設(shè)計(jì)了一系列低成本電感器，這些電感器經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可與 RECOM 的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器配合使用，并通過(guò)我們的內(nèi)部 EMC 測(cè)試設(shè)施對(duì)傳導(dǎo)和輻射電磁干擾進(jìn)行了 EMC 性能驗(yàn)證。它們與 RECOM 轉(zhuǎn)換器配合使用，為減少電磁干擾提供一站式解決方案。
輸出過(guò)流保護(hù) (OCP)。輸出過(guò)流保護(hù) (OCP) 通過(guò)電子方式限制負(fù)載電流以保護(hù)電源，從而最大程度地減少周期缺失和壓降現(xiàn)象的影響。典型技術(shù)是將電流限制在設(shè)定值，通過(guò)增加負(fù)載或“暫停”保護(hù)將電流“折回”到安全值（輸出關(guān)閉，然后在延遲后再次打開(kāi)。如果過(guò)電流情況仍然存在，則循環(huán)重復(fù)）。
更換簡(jiǎn)便。當(dāng)然，任何產(chǎn)品都可能發(fā)生故障，RECOM 電源也不例外。當(dāng)故障最終不可避免地發(fā)生時(shí)，簡(jiǎn)便的更換過(guò)程可將停機(jī)時(shí)間降至最低。簡(jiǎn)化更換過(guò)程的一種方法是使用標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸，例如 DIN 導(dǎo)軌電源。
結(jié)論
出色的運(yùn)行可靠性是工業(yè)電源的關(guān)鍵指標(biāo)。本文回顧了一些影響運(yùn)行可靠性的因素以及 RECOM 電源的幾個(gè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，這些特點(diǎn)保證了 RECOM 電源在嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境下具有較長(zhǎng)的使用壽命。
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