正确电源供应的选择标准 ——根据理据做出明智选择|逆天资讯 - 逆天PCB论坛

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只看楼主倒序阅读使用道具 0楼发表于: 2018-12-26

在每个项目中，到了某个阶段，开发人员便必须寻找最适合应用的电源供应。由于开发周期不断缩短，规范变得更严格且预算也越来越紧张，这都使得开发人员更难以作出选择。本文概述了选择电源时需要考虑的细节。

电源是每个电气系统的心脏，然而，若非到了最后一刻，它往往会被忽视。选择合适的电源似乎是一项简单的任务：选择具有适当输出电压和功率，且价格最优惠的电源设备。但是，为了最终得到满意的解决方案，你需要仔细查看更多细节。

通过宽输入范围应对变化的标称电压
通常，电源由公共电源或工业供电网供电。在极少数情况下，也使用发电机。来自公共干线的标称电压通常是标准化的。虽然欧洲的标称干线电源电压为230 V AC/50 Hz ±10%，但欧洲以外还有许多其它标准。在美国，120 V AC/50 Hz是常见的，而在中国，墙壁插座电源为220 V AC/50 Hz。理想情况下，所选电源应覆盖所有这些标称电压及其边界范围。这要求电源工作电压范围为85 V AC至264 V AC。但是，仔细查看数据表便会发现值得留意之处。即使选定的电源在230 V AC标称电压下能够提供超过90％的极好效率，但在120 VAC电压下的效率可能仅为70％。

效率对使用寿命的影响
在比较各种效率数据时，一个或两个百分点看起来不是显着的差异，这个数字也不会帮助实现任何重大节能。然而，这几个百分点可以产生巨大的差异。例如，如果比较一台效率为90％的设备和一台效率为92％的设备，乍一看似乎没有大的偏差。但是，如果考虑由此产生的损耗，一个电源只有8%，另一个则为10%。因此，具有92%效率的装置作为热量而损耗的能量较另一个电源少了五分之一。有时，这个小小的差异便足以省去强制冷却，从而帮助节省宝贵的空间。

然而，更重要的事实是，较少的热量产生对系统的使用寿命会产生积极影响，因为这直接影响系统的预期寿命。瑞典化学家Svante Arrhenius早在1889年便发现了化学反应速率与温度之间的关系，Arrhenius方程提供了一个经验法则，即温度每升高10°C，失效概率便会增加一倍。换句话说：预期寿命减半，这意味着效率提高两个百分点，便有助于显着延长开关模式电源单元的预期寿命。

平均故障间隔时间(MTBF) - 计算可靠性
开关模式电源单元的可靠性与平均故障间隔时间 (MTBF)密切相关。通过所谓的“浴盆曲线”(图1)可以很好地说明MTBF的重要性。这可分为三个部分：早期故障、使用寿命故障和寿命终止耗尽故障。MTBF仅涵盖中间部分，即它不包括“早期死亡率”或耗尽的影响。这很容易解释为什么电源的MTBF通常声称在几百万小时。MTBF也可以根据各种标准来确定。最常见的是MIL HDBK 217F，Bellcore TR-NWT-000332和被称为“西门子标准”的SN29500。在某些情况下，这些计算方法的结果差异很大。因此，比较MTBF值时，重要的是确保它们是根据相同的标准并在相同的条件(例如环境温度)下确定的。

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图1：寿命期间的故障率(浴盆曲线)

然而，这些方法的一个共同点是，整个开关模式电源单元的MTBF是由各组件的数值的总和计算出来，这就是“组件数量”对MTBF值具有决定性影响的原因。简单的开关模式电源单元通常具有明显更高的MTBF值。然而，这并不一定意味着它的可靠性更高。
总之，MTBF是对类似设备可靠性的良好比较参数，但是，无法让用户对预期寿命做出任何陈述。这只能通过广泛的测试来实现。

经过测试的可靠性
在96小时测试后可以做出第一个陈述，这种高度加速的应力测试(HAST)在确定的环境条件(例如+85°C/95%相对湿度)下在气候室中进行，作为所谓的储存测试(即测试样品不在运作中)。在测试之前和之后，根据测试样品的数据表参数来测量它。

基于这些差异，可以得出关于使用寿命的结论。在上述条件下的96小时测量，对应长达7 ¼年的24/7运作。此外，通常还会进行一次1000小时测试，任选作为储存测试(例如+85°C/50%相对湿度)或寿命测试(即测试样品在运行中测试，在最大允许环境温度下)以验证结果。

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图2：寿命测试的典型测试设置(例如96小时测试或降额测试)

即使在低负载范围内也能保持稳定效率
另一个重点是在各种负载条件下的器件行为。通常，数据表中只指定满负载下的数值(如果有的话)。然而，这并不是很有意义，因为开关模式电源单元经过设计，在接近标称输出时达到最佳效率。例如，当负载减小时，它们的效率也会降低，直到在空闲时趋于零。另一方面，精心设计的电源可提供恒定的高效率，尤其是在重要的中低负载范围内。

可靠的DIN导轨电源
凭借其生产了数百万个DC/DC和AC/DC转换器的经验，RECOM开发了一系列DIN导轨电源，经设计最大限度地延长使用寿命。为了创建适当的安全缓冲区，仅使用最高质量的组件，并且这些组件的工作温度远高于电源规定的数值。

REDIN系列DIN导轨电源具有特别纤细的设计特点，还配备了侧面安装系统。这对于安装深度较低的开关柜尤其有利。它们具有85 V AC至264 V AC的宽输入电压范围，确保适合全球范围使用。由于93％的高效率，仅产生少量废热，这意味着电源可以在-25°C至+ 70°C的工作温度下使用而无需强制冷却。模块配备有源PFC，功率因数超过0.95。它们适用于n + 1并联运行，可提供冗余或永久性地增加输出电流。这个模块还配备智能过载和短路保护，一旦达到最大允许温度，即可关闭设备以避免永久性损坏。这些电源均已通过了IEC/ EN/UL60950和UL508认证。

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图3：Recom的REDIN480电源效率不仅在满载时达到93%，而且在宽负载范围内也可以保持稳定和高值。

此外，REDIN/3AC系列现在可在2相或3相电源环境中运行，它经设计在过程自动化的严苛环境中也具有极高的稳定性，即使第三相发生故障，也能在320至575 V AC电源电压下可靠运行。

该电源系列在标称24 V DC下提供120 W、240 W、480 W或960 W功率，纹波电流仅为40 mV，或由精密电位器调节为22.5至29.5 V DC。为了提高输出水平，可以并联连接设备，无需采用进一步的预防措施，具有电流限制的下垂模式(droop-mode)控制确保了平衡负载。