DCDC模塊電源的應(yīng)用與選擇

通常在醫(yī)療設(shè)備里需要很高的隔離電壓,這樣的話,漏電流就小,對(duì)身體的危害就小。一般場(chǎng)合使用對(duì)模塊電源隔離電壓要求不是很高，但是更高的隔離電壓可以保證模塊電源具有更小的漏電流，更高的安全性和可靠性，并且EMC特性也更好一些，因此目前業(yè)界普遍的隔離電壓水平為1500VDC以上。

什么是電涌?

電涌被稱為瞬態(tài)過電，是電路中出現(xiàn)的一種短暫的電流、電壓波動(dòng),在電路中通常持續(xù)約百萬分之一秒。220 伏電路系統(tǒng)中持續(xù)瞬間(百萬分之一秒)的 5,000或10,000伏的電壓波動(dòng)，即為電涌或瞬態(tài)過電。

電涌的來源：簡單而言，來自兩個(gè)方面：外部電涌和內(nèi)部電涌。來自外部的電涌：最主要的來源是雷電。當(dāng)云層中有電荷集蓄，云層下的地表集蓄了極性相反的等量電荷時(shí)，便發(fā)生了雷電放電，云層和地面間的電荷電位高達(dá)若干百萬伏，發(fā)生雷擊時(shí),以若干千安計(jì)的電流通過雷擊放電，經(jīng)過所有的設(shè)備和大地返回云層，從而完成了電的通路。不幸的是，通路常常是取道重要或貴重的設(shè)備。如果雷電擊中了附近的電力線，部分電流將沿線進(jìn)入建筑物，這股巨大的電流就會(huì)直接擾亂或破壞計(jì)算機(jī)和其它敏感的電氣設(shè)備,其速度之快,全程只需百萬分之一秒。

外部電涌的另一個(gè)來源是電力公司的公用電網(wǎng)開關(guān)在電力線上產(chǎn)生的過電壓。

來自內(nèi)部的電涌：88%的電涌產(chǎn)生于建筑物內(nèi)部的設(shè)備，如：空調(diào)、電梯、電焊機(jī)、空氣壓縮機(jī)、水泵、開關(guān)電源、復(fù)印機(jī)和其它感應(yīng)性負(fù)荷。電涌對(duì)計(jì)算機(jī)和其它敏感電氣設(shè)備的危害：計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展至今，多層、超規(guī)模的集層芯片，電路密集，趨向是集成度更高、元器件間隙更小、導(dǎo)線更細(xì)。幾年前，一平方厘米的計(jì)算機(jī)芯片有 2,000個(gè)晶體管而現(xiàn)在的奔騰機(jī)則超過10,000,000個(gè)。從而增加了計(jì)算機(jī)受電涌損壞的概率。

由于計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)決定了它應(yīng)在特定的電壓范圍內(nèi)工作。當(dāng)電涌超出計(jì)算機(jī)能承受的水平時(shí)，計(jì)算機(jī)將出現(xiàn)數(shù)據(jù)亂碼，芯片被損壞，部件提前老化，這些癥狀包括：出乎預(yù)料的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，接收/輸送數(shù)據(jù)的失敗，丟失文檔，工作失常，經(jīng)常需要維修，原因不明的故障和硬件問題等等。

雷電電涌遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了計(jì)算機(jī)和其它電氣設(shè)備所能承受的水平，絕大多數(shù)情況下，造成計(jì)算機(jī)和其它電器設(shè)備的當(dāng)即毀壞，或數(shù)據(jù)的永遠(yuǎn)丟失。即使是一個(gè)20馬力的小型感應(yīng)式發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或關(guān)閉也會(huì)產(chǎn)生3,000-5,000伏的電涌，使和它共用同一配電箱的計(jì)算機(jī)在每一次電涌中都會(huì)受到損壞或干擾，這種電涌的次數(shù)非常頻繁。

電涌會(huì)損壞那些電氣設(shè)備?

含有微處理器的電氣設(shè)備極易受到電涌的損壞，這包括計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)備、程序控制器、PLC、傳真機(jī)、電話、留言機(jī)等;程控交換機(jī)、廣播電視發(fā)送機(jī)、微波中繼設(shè)備;家電行業(yè)的產(chǎn)品包括電視、音響、微波爐、錄像機(jī)、洗衣機(jī)、烘干機(jī)和電冰箱等。美國的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，在保修期內(nèi)出現(xiàn)問題的電氣產(chǎn)品中，有63%是由于電涌造成的。

電涌的來源

電涌可來自電氣裝置外部，也可來自電氣裝置內(nèi)部，即來自電氣裝置內(nèi)的電器設(shè)備。來自外部的電涌這種電涌由雷電或公用電網(wǎng)開關(guān)的投切引起，這兩類有害的電源擾動(dòng)都可擾亂計(jì)算機(jī)和微機(jī)信息處理系統(tǒng)的工作，引起停工或永久性設(shè)備損壞。

當(dāng)云層上有電荷儲(chǔ)蓄，云層下表面產(chǎn)生極性相反的等量電荷時(shí)，將引起雷電放電。其后的情況就象一個(gè)大電池組或一個(gè)大電容器的放電那樣，云層和地面間的電荷電位高達(dá)若干百萬伏。發(fā)生雷擊時(shí)以若干千安計(jì)的電流通過雷擊放電，經(jīng)過所有設(shè)備和大地返回云層，從而完成電的通路。不幸的是這個(gè)雷電通路常常取道重要或貴重的設(shè)備。電涌防護(hù)的關(guān)鍵概念是給雷電感應(yīng)電流提供一個(gè)通向大地的短捷有效的通路。這樣雷電涌流將從設(shè)備外分流。大的雷擊電流值常被例舉應(yīng)用，其實(shí)它發(fā)生的可能性很小。如Bellcore公司的工程師們將電涌防護(hù)器的泄放電流規(guī)定為20000A(見參考資料TR-NWT-001011)。雖然他們按經(jīng)驗(yàn)將出現(xiàn)在其電氣設(shè)備裝置中的最大尖峰電流定為10000A，他們?nèi)匀?00%的安全系數(shù)，即將電涌防護(hù)器的泄放電流規(guī)定為2000A。在線路高度暴露地段發(fā)生21萬A的雷擊電流(有記錄的最大值之一)的機(jī)會(huì)只占總雷擊機(jī)會(huì)的0.5%。如此大的雷擊電流極少出現(xiàn)在建筑物電源進(jìn)線處，但仍須重視對(duì)這種外來電涌的防范。來自內(nèi)部的電涌來自內(nèi)部的電涌是經(jīng)常發(fā)生的，諸如來自空調(diào)機(jī)、空壓機(jī)、電弧焊機(jī)、電泵、電梯、開關(guān)電源和其它一些感性負(fù)荷的電涌。例如一臺(tái)20hp的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(線電壓 230V，4級(jí)，Y結(jié)線)在最大轉(zhuǎn)矩時(shí)每相具有約39J的儲(chǔ)存能量，當(dāng)其標(biāo)稱方根值電流被截?cái)鄷r(shí)，它將產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓。它經(jīng)常發(fā)生，和它自同一配電箱供電的其它負(fù)荷將因此易受損壞或工作失常。不要以為電氣裝置電源進(jìn)線上的過電壓防護(hù)器可以保護(hù)電氣設(shè)備不受內(nèi)部電涌的危害。它不能，它只能對(duì)沿電源線進(jìn)入電氣裝置的外部電涌進(jìn)行防范，因大容量的進(jìn)線防護(hù)器距內(nèi)部電涌發(fā)生處的距離太遠(yuǎn)。

平均故障間隔時(shí)間

很多DPA系統(tǒng)都要求高度的可靠性，這就對(duì)平均故障間隔時(shí)間(MTTF)提出了要求。在這里要提醒讀者，僅憑產(chǎn)品說明書上的數(shù)據(jù)是不能評(píng)價(jià)某個(gè)產(chǎn)品可靠性的優(yōu)劣的?！　≡斐蛇@個(gè)問題的原因是，目前國際上尚未制定出公認(rèn)的關(guān)于MTTF指標(biāo)的定義和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，各廠商普遍使用的是美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-HDBK-217F中的“一般情況下的”可靠性預(yù)測(cè)方法，以及Bellcore標(biāo)準(zhǔn)TR-NWT-000332中的電信設(shè)備模型。不過，即便是聲稱遵照同一標(biāo)準(zhǔn)推算出來的MTTF指標(biāo)，常常也不一致?！　∵@種不一致的第一個(gè)來源，是計(jì)算公式中對(duì)元器件特性的處理方式不同(例如某些算式將焊接點(diǎn)的影響忽略不計(jì)，而焊接點(diǎn)故障是電路失效的最常見原因之一);來源之二是元器件的可靠性指標(biāo)。舉個(gè)例子，某些廠商采用MIL-HDBK-217F中的器件數(shù)據(jù)和故障率數(shù)據(jù)，另外一些廠商則采用其他渠道的數(shù)據(jù);第三個(gè)來源是具體的計(jì)算方法差異(即便是MIL-HDBK，也給出了兩種不同的預(yù)測(cè)工具)。當(dāng)然，在變換器投入使用之前，任何MTTF指標(biāo)都毫無意義。　　溫度對(duì)可靠性有顯著的影響，經(jīng)驗(yàn)公式是：環(huán)境溫度每升高10℃，器件壽命將縮短一半。如果主要的設(shè)備需要在40℃～50℃條件下運(yùn)行，并且電源部件的溫度高于環(huán)境溫度20℃，那么，25℃條件下推算出來的MTTF指標(biāo)就失去了意義?！　?shí)踐證明，設(shè)計(jì)人員必須透過產(chǎn)品說明書的數(shù)據(jù)，深入地理解廠商推算MTTF的方法。必須去查詢推算的詳細(xì)步驟，知道原始數(shù)據(jù)的來源及其測(cè)量條件，對(duì)于那些無法提供詳細(xì)資料的廠商，應(yīng)該對(duì)其指標(biāo)持保留態(tài)度。