在一些产品或系统中,电源成本占比很高,所以就有人想在电源上打主意。遇到过不少案例,在电源设计上做了物料成本节省,在电源最大功率、电源质量等方面打了折扣,带来了极大的隐患。电源系统为系统或产品工作提供能源,电源质量的好坏直接影响着产品的稳定性,稳定可靠的电源是产品和系统稳定运行的基础,如果电源不稳定,系统的可靠性就无从谈起,千万不要在电源上抠成本。
下面总结了电源设计方面的一些考量因素,仅供参考。
电源功率
如果电源功率不足以满足产品的需求,会导致产品无法正常工作或出现故障。例如,如果一个电源额定功率是500W,峰值功率是600W,配套给正常工作就需要600W功率的产品供电,有可能导致产品供电不足引起异常,且电源长时间处于高负荷状态,也会加速其老化,缩短使用寿命。所以
在选择系统电源时,一定要注意额定功率和峰值功率,不能把峰值功率当正常功率使用。
使用电源芯片设计供电电路时,也一定要有足够的设计余量,不能把电源芯片输出的最大值当成设计值来使用,而应当将设计值控制在典型值以内或者附近,当然更不能超出芯片本身的最大值。例如芯片输出电流典型值1.0A ,最大值为1.50A,就一定不能接超过1.5A的负载,而应当控制在1.0A附近。
实际案例:
某智能家居系统在产品推向市场后,用户反馈设备经常出现重启现象。经检查和分析,发现电源的输出功率不足以支持设备的正常运行,导致设备因过载而重启。
应对措施:
在选择电源时,应充分考虑产品的功耗需求。对于需持续稳定运行的设备,应选择输出功率足够大的电源,以确保为产品提供稳定的电力支持。在设备设计过程中,还应考虑电源的散热设计和负载计算,以避免因电源过载而引起的设备故障。
电源稳定性
电源稳定性差会导致电压和电流波动,从而影响产品的性能和稳定性。如果电源的输出电压或电流不稳定,可能会导致产品出现重启、死机、数据丢失等问题。此外,如果电源的响应速度慢,不能及时响应负载变化,也会影响产品的性能和稳定性。
实际案例:
计算机在充电时突然断电,导致计算机损坏。经调查发现,电源在充电过程中的输出电压波动较大,导致计算机电路板损坏。
应对措施:
选择输出电压稳定性好的电源,以减少对产品的干扰和损坏。对于对电压波动敏感的设备,如计算机、手机等,应特别关注电源的稳定性。此外,还可优化稳压电路来提高设备的抗电压波动能力。
纹波控制
纹波控制是衡量电源性能的重要指标之一。良好的纹波控制可减少电源输出中的交流成分,提高产品的稳定性和可靠性。如果纹波控制不良,可能会导致产品出现噪音、干扰等问题,甚至损坏。因此,在选择电源时,应关注其纹波控制能力,选择具有优良纹波性能的电源。
实际案例:
某显示器在显示图像时出现明显的噪点和干扰。经过维修和检查,发现电源的纹波控制不良,导致显示器出现噪点和干扰问题。
应对措施:
选择具有优良纹波性能的电源,以减少对显示器的干扰和损坏。对于对图像稳定性要求高的设备,如显示器、电视等,应特别关注电源的纹波性能。同时,可优化滤波电路来降低纹波对设备的影响,提高设备的图像质量和稳定性。
尖峰和浪涌
尖峰和浪涌是电源中比较罕见的异常现象。尖峰是指电压或电流突然出现高幅度峰值,通常持续时间较短。浪涌是指电压或电流突然出现大幅度波动,通常持续时间较长。如果电源中出现尖峰或浪涌,可能会导致产品损坏或出现其他不可预测的问题。
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实际案例:
某工业生产线上的传感器在雷电天气下经常出现故障。经过调查和分析,发现电源在雷电天气下出现了尖峰电流和浪涌现象,导致传感器线路过热而出现故障。
应对措施:
选择具有防尖峰和浪涌功能的电源,以保护产品免受电流/电压冲击的损害。对于大电流设备,如工业生产线上的传感器、电机等,应特别关注电源的尖峰和浪涌保护能力。同时,可采取相应的防护电路和保护措施来降低电流/电压冲击对设备的影响。
上面,我们讨论了电源设计中的电源功率、稳定性、纹波控制以及尖峰和浪涌的问题,并结合实际案例提出了相应的应对措施。接下来,我们将继续探索电源设计的其他关键考量因素。
启动电流和冲击电流
电机在启动时会产生较大的启动电流和冲击电流,这可能会对电源造成压力和不稳定。如果电源没有足够的承载能力,可能会导致电源过载、电压波动等问题,从而影响产品的性能和稳定性。因此,在为电机等大功率设备选择电源时,需充分考虑其启动电流和冲击电流的大小,选择合适的电源规格和保护措施。
当电机还未启动转速为零时,加上额定380V电压而启动,它瞬间的线电流称为启动电流,这个启动电流是从小至大而又回到额定电流。异步电机直接启动时,其启动电流最大可达到额定电流的4~7倍,这是对电网造成影响的主要因素。
首先是使电网电压瞬间下降,俗称的压降。特别在电源容量小(电力变压器容量小)和大功率电机启动的情况下,电压下降更大,不仅使该电机启动困难,还影响到电源线路上其他电机的正常运行。
电机启动时的瞬时大电流,对电机本身和电网电源都有非常大的影响。另一方面,过大的启动电流将使电机和线路上的电能损耗增加,特别是在频繁启动、启动较慢、或启动过程较长的情况下,电能损耗更大,更容易造成电机严重发热。所以,
只要电机在启动时对供电线路有压降影响的都应限制其启动电流。
启动电流是指电气设备(感性负载)在通电的瞬间到运行平稳的短暂的时间内的电流变化量,这个电流一般是额定电流的4~7倍。国家规定,为了线路的运行安全及其它电气设备的正常运行,大功率的发动机必须加装启动设备,以降低启动电流。
在电路学中,给负载通电的一瞬间,通常会产生大电流,这就是冲击电流。这个现象主要体现在容性负载中,例如电容,在上电一瞬间是相当于短路的,瞬间电流理论上是无限大的。但电机(直流和三相)作为感性负载,如果表现其固有机械特性,怎么会有很大的启动电流呢?
我们知道,电感具有阻止电流变化的作用,能够瞬间承受较大的电压,因此感性负载是有助于稳定电流的。电机是一种感性负载,但在电机启动的一瞬间,由于电机定子和转子之间相对运动的速度几乎为0,即没有切割磁场的运动,就不会在电路中产生反电动势(互感电压为0),忽略线圈自感的作用。此时,几乎所有的电压都加在了电路的电阻上,由于电阻很小,因此电流很大。这就是说,并不是因为电机是感性负载而导致大的冲击电流,而是因为缺少切割磁场的运动,没有互感电动势造成的。
这类电源
建议采取软启动设计,在电源启动过程中逐渐改变机械特性,调整电路参数,使启动电流逐渐增加到正常值的一种方法,可以避免形成较大的冲击电流。常见的交流电机的启动方法有直接启动、串电阻启动、自耦变压器启动、星三角减压启动及软启动器和变频器启动的方法来减小对电网的影响。
实际案例:
某工业机器人生产线在启动时,机器人经常出现启动缓慢或无法启动的问题。经过调查和分析,发现电源在机器人启动时无法提供足够的启动电流,导致机器人无法正常启动。
应对措施:
选择具有足够承载能力的电源,以应对电机等大功率设备的启动电流和冲击电流。在选择电源时,应充分考虑设备的启动电流和冲击电流的大小,选择合适的电源规格和保护措施。此外,还可采取软启动电路等辅助措施来降低启动电流对电源的影响。
备用电源
在重要场合,如医院、数据中心等,需保证电源的稳定性和不间断供电。因此,他们会使用备用电源来应对突发情况,如电源故障或电力中断。如果在这些场合中使用了降成的电源方案,可能会导致重要的设备失去电力供应,造成严重的后果。因此,对于这些关键设备,应选择可靠的电源方案以确保备用电源的稳定性和可靠性。
实际案例:
某医院在电力中断后,重要医疗设备无法正常运行。经过调查发现,该医院未配备备用电源,导致重要设备失去电力供应。
应对措施:
对于关键设备和重要场合,应选择配备备用电源的方案。备用电源可确保在电源故障或电力中断时,设备能够保持正常运行。在选择备用电源时,应考虑其电力容量、供电时间和可靠性等因素,以确保设备在各种突发情况下能够持续稳定运行。
电源设计余量
在电源设计中留有一定的余量是必要的。如果电源布局设计过于紧凑或负载计算偏低,可能会导致电源过热或过载,从而影响产品的稳定性和可靠性。因此,在电源设计过程中,应充分考虑负载需求、散热条件等因素,合理选择电源的规格,以确保产品在各种工况下的稳定运行。
实际案例: