談?wù)劅o觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的可靠性

產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)是其質(zhì)量屬性中極為重要的部分。產(chǎn)品的可靠性越高，所需維修保養(yǎng)的費(fèi)用就越低，從而可盡量減少用戶的開支，并保證用戶設(shè)備的正常運(yùn)行。同時(shí)，只有具有高可靠性的產(chǎn)品，才能在市場上具有真正的競爭力。

一、無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器產(chǎn)品可靠性的現(xiàn)狀

在現(xiàn)代電源領(lǐng)域，要保證電源裝置能做到精密地控制和可靠地運(yùn)行，必須采用電力電子技術(shù)，在裝置中使用電力半導(dǎo)體器件（可控硅）。電力半導(dǎo)體器件具有效率高、控制性能好、體積小、重量輕、使用可靠等許多優(yōu)點(diǎn)。因此，采用電力電子技術(shù)對(duì)電力穩(wěn)壓器進(jìn)行升級(jí)換代，已是大功率電力穩(wěn)壓器的主要發(fā)展方向。

上海潘登新電源公司于1999年起，針對(duì)市場對(duì)新一代大功率穩(wěn)壓電源的需求，投入大量研發(fā)經(jīng)費(fèi)和技術(shù)力量，結(jié)合自身十幾年電力穩(wěn)壓器生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)傳統(tǒng)的大功率補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器進(jìn)行升級(jí)換代改造，終于研制成功DBW5/SBW5型系列大功率無觸點(diǎn)補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器，率先填補(bǔ)了市場空白，并獲得國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專利授權(quán)，同時(shí)是穩(wěn)壓器行業(yè)唯一被上海市認(rèn)定為高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化企業(yè)。

經(jīng)中科院技術(shù)文獻(xiàn)情報(bào)中心確認(rèn)，“潘登”無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器多項(xiàng)技術(shù)屬國內(nèi)外首創(chuàng)，其整體技術(shù)達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。該產(chǎn)品整機(jī)無機(jī)械操作、無碳刷接觸、無噪聲調(diào)壓、無瞬間斷電、三相全部分調(diào)，響應(yīng)速度極快，帶雷電浪涌防護(hù)及具備所有的保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，使穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)了長期免維護(hù)。容量已做到2000KVA,補(bǔ)償范圍可達(dá)±50%，且效率高、運(yùn)行可靠，系新一代綠色環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品，經(jīng)信息產(chǎn)業(yè)部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，認(rèn)定是目前國內(nèi)最先進(jìn)、容量最大的無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器。

隨著無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器逐步被市場和用戶認(rèn)可，眾多穩(wěn)壓器廠家隨后也陸續(xù)推出結(jié)構(gòu)各不相同的無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器。由于主電路結(jié)構(gòu)的不同，它們的性能差異往往比較大；加之某些廠家在技術(shù)上投入不夠，研究不深；對(duì)無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的關(guān)鍵器件——可控硅模塊的性能、應(yīng)用也缺乏足夠的試驗(yàn)和了解；甚至極個(gè)別廠家還存在偷工減料，在元器件的選擇上以舊充新，以次充好的行為。凡此種種原因，最后集中反映在產(chǎn)品的可靠性上，造成很多廠家的無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器性能極不穩(wěn)定，使用可靠性很差，時(shí)間一長，致使許多用戶形成一種誤解，認(rèn)為目前市場上的無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器都不可靠，都不能用，最后都不敢買。

二、“潘登”無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器與其它無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的比較

為澄清廣大用戶的一些誤解，我們將市場上的無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器給大家作一些分析。

不同主電路結(jié)構(gòu)的無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器，主要區(qū)別在于補(bǔ)償電壓的調(diào)節(jié)方式上，它直接關(guān)系到穩(wěn)壓器的工作可靠性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)壓范圍、最大容量、波形失真等性能指標(biāo)。

目前市場上的無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的主電路大致可分為以下三種類型：

1、自耦調(diào)壓補(bǔ)償式（上海潘登新電源公司專利技術(shù)）

此種結(jié)構(gòu)通過控制雙向可控硅的通斷，來切換自耦變壓器的抽頭，從而改變補(bǔ)償變壓器補(bǔ)償電壓的大小和極性，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

主要優(yōu)點(diǎn)

(1)、由于采用自耦變壓器抽頭分級(jí)調(diào)壓，既降低了雙向可控硅的通斷電壓（由220V降至200V以下），又能抑制換檔時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流（自耦變壓器自身就是一個(gè)大功率的電抗器），因而大大地提高了雙向可控硅的工作可靠性。

(2)、由于控制電路中采用了“互鎖隔離”技術(shù)（上海潘登新電源公司專利技術(shù)），徹底解決了外界干擾造成雙向可控硅誤動(dòng)作而產(chǎn)生的環(huán)流問題，有效的避免了可控硅器件的損壞。

(3)、由于控制部分主要采用模擬集成電路，因而對(duì)惡劣電網(wǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力很強(qiáng)。

2、自耦式

此種結(jié)構(gòu)的無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器，是通過控制雙向可控硅的通斷，來直接改變自耦變壓器的變比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

主要缺點(diǎn)

由于可控硅直接串接在主電路中，負(fù)載電流全部從可控硅中流過，負(fù)載電流中的瞬變、波動(dòng)極易損壞可控硅；而長期通過大電流產(chǎn)生很大熱量，也使可控硅工作在惡劣的工況下，性能劣化，可靠性變差。

另外，采用這種結(jié)構(gòu)來做大容量的穩(wěn)壓器，可控硅容量也需選得很大，這給可控硅余量系數(shù)的確定、可控硅散熱設(shè)計(jì)均造成很大的困難，極易引起可靠性變差。

相對(duì)于自耦式，“潘登”無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)為：

由于“潘登”無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的可控硅不在負(fù)載電流的主通路，只是接在調(diào)壓回路中，通過的電流不大，只有負(fù)載電流的幾分之一，甚至十幾分之一，二十幾分之一，所以器件的余量系數(shù)可從容選擇，工作時(shí)發(fā)熱也不厲害，可控硅能長期可靠工作；同時(shí)穩(wěn)壓器的容量也可以做得很大（目前已能生產(chǎn)的最大容量為2000KVA）。

3、純補(bǔ)償式

此種結(jié)構(gòu)是通過雙向可控硅的通斷, 控制補(bǔ)償變壓器組合的投入、退出或改變極性，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

主要缺點(diǎn)

可控硅通過橋臂形式，直接接在相線與零線之間（220V），因而工作電壓高，換檔時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流大，極易損壞可控硅；同時(shí)，這種電路在可控硅誤導(dǎo)通時(shí)，很容易造成相線與零線之間短路，瞬間就會(huì)燒毀可控硅，故其可靠性很差。

相對(duì)于純補(bǔ)償式，“潘登”無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)為：

由于“潘登”無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的可控硅網(wǎng)絡(luò)位于補(bǔ)償變壓器的輸出側(cè)，且又經(jīng)過自耦變壓器的降壓，則既降低了可控硅的通斷電壓（由220V降至200V或更低），又能抑制換檔時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流（自耦變壓器自身就是一個(gè)大功率的電抗器），因而大大地提高了可控硅的工作可靠性和抗干擾能力。

三、“潘登”無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器在增強(qiáng)可靠性方面采取的措施

為保證產(chǎn)品具有高可靠性，上海潘登新電源公司采用了一整套科學(xué)的方法，下面僅就我們?cè)?ldquo;可靠性設(shè)計(jì)”、“可靠性增長”、“可靠性管理”等幾個(gè)主要方面采取的措施進(jìn)行介紹。

1、 可靠性設(shè)計(jì)措施

（1）、降額設(shè)計(jì)

為降低失效率，提高產(chǎn)品可靠性，我們?cè)谥饕骷?shù)的選擇方面，有針對(duì)性的適當(dāng)采用了“降額設(shè)計(jì)”的方法。如，對(duì)可控硅模塊容量，我們已按3～5倍通態(tài)平均電流I_TAV來選擇，這相當(dāng)于在通常使用的設(shè)計(jì)余量系數(shù)的基礎(chǔ)上，又增加了一倍。從而使影響無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)得到加強(qiáng)，大大提高了產(chǎn)品的可靠性。

（2）、電磁兼容設(shè)計(jì)

為防止因穩(wěn)壓器工作現(xiàn)場電磁環(huán)境影響而引起的錯(cuò)誤或失效，我們采取了不少消除和減少干擾的措施。如，我們采用目前世界上最先進(jìn)的美國JOSLYN公司的MOV矩陣技術(shù)，有效地抑制了可控硅工作期間產(chǎn)生的浪涌尖峰（我公司是美國JOSLYN公司浪涌防護(hù)產(chǎn)品在中國的總代理）。另外，我們還加強(qiáng)了電源濾波設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

（3）、散熱設(shè)計(jì)

在散熱設(shè)計(jì)方面，我們經(jīng)過數(shù)年的摸索改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一套合理的散熱措施和適用的散熱數(shù)據(jù)，有效的降低了可控硅器件及機(jī)箱內(nèi)的溫升，大大減少了因過熱引起的可控硅器件性能劣化和失效。

2、 可靠性增長措施

對(duì)于無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器，我們十分重視不斷改正產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的缺陷，不斷提高產(chǎn)品可靠性。從1999年第一臺(tái)產(chǎn)品出廠至今，我們不斷跟蹤用戶的使用情況，結(jié)合售后服務(wù)的反饋信息，不斷分析研究故障來源以及潛在的故障隱患，及時(shí)加以改進(jìn)，并確保在修正設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)引進(jìn)新的故障源。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和修正設(shè)計(jì)階段，我們做過大量的試驗(yàn)，并一直堅(jiān)持采用試驗(yàn)的方法來檢查故障源，爭取在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就將故障隱患予以解決。

3、 可靠性管理措施

上海潘登新電源公司嚴(yán)格按照ISO9000國際質(zhì)量認(rèn)證體系進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量管理，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程、使用過程中發(fā)生的故障和缺陷，建立了一整套完整的采集、整理、反饋、分析、處理系統(tǒng)，從制度上對(duì)提高產(chǎn)品的可靠性提供了十分有力的保障。

此外，我們?cè)诳煽毓?、變壓器等主要器件、部件的選用上，也都進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。如，對(duì)可控硅模塊，我們加強(qiáng)了對(duì)通態(tài)峰值電壓V_TM的篩選，盡量將器件溫升控制在較低的范圍內(nèi)；對(duì)可控硅門極工藝也提出了更高的要求。對(duì)主、副變壓器，我們也采用了損耗小、溫升低、效率高的環(huán)形變壓器結(jié)構(gòu)。

通過幾年的努力，“潘登”無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的可靠性不斷得到提高，至今，產(chǎn)品的平均無故障運(yùn)行時(shí)間已可達(dá)10萬小時(shí)。

四、關(guān)于單片機(jī)控制的無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器

目前市場上的無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器，很多都采用單片機(jī)來構(gòu)建控制系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)固然優(yōu)點(diǎn)不少，相對(duì)比較先進(jìn)，但它也有弱點(diǎn)，即抗干擾處理比較復(fù)雜、困難。而對(duì)于大功率電力穩(wěn)壓器，其工作環(huán)境尤其是電磁環(huán)境往往比較惡劣，所以電路結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，應(yīng)力求簡潔可靠，尤其抗干擾能力要強(qiáng)，才能保證一個(gè)較高的工作可靠性。如果為追求時(shí)尚，不分場合的盲目應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)，將是得不償失的。

因此，我們認(rèn)為，如果對(duì)穩(wěn)壓器的主要性能指標(biāo)沒有多大的改進(jìn)，還是要慎重對(duì)待單片機(jī)技術(shù)在無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器中的應(yīng)用。

五、綜述

過去市場上的電力穩(wěn)壓器大多是機(jī)械碳刷型的，而使用碳刷和機(jī)械傳動(dòng)，必定會(huì)產(chǎn)生工作壽命短、響應(yīng)速度慢、碳刷接觸面小而影響輸出電流、碳刷磨損快需要經(jīng)常維護(hù)、更換等許多缺點(diǎn)和問題，因此，無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器，已是大多數(shù)用戶的必然選擇。隨著生產(chǎn)廠家技術(shù)、工藝水平的不斷改進(jìn)，無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的工作可靠性不斷提高，同時(shí)也隨著用戶對(duì)該產(chǎn)品認(rèn)識(shí)的不斷深入，無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器一定會(huì)有一個(gè)更好的市場前景。