如何選擇和使用電源

　　今天，電源用戶面對無數(shù)的選擇，電源產(chǎn)品的眾多性能和電源供應商的長的產(chǎn)品規(guī)范說明書，使選購電源成為令頭痛的事情。可喜的現(xiàn)在有很多的工藝標準技術規(guī)范，可以幫助工程師選購可靠且安全的電源。

　　安全第一

　　電源設備需要提供隔離功能，從而保證電源設備的安全性，免受來自高壓饋電線的危險，是最基本的也是常常容易被忽視的。電源設備的這種安全性是由電源變壓器實現(xiàn)的，于是，為了使變壓器能傳送足夠的電力就要求它必須具備相應的規(guī)模。

　　
圖：電源設備已變成工業(yè)控制系統(tǒng)結構的關鍵性部件

　　一臺較大的變壓器通常裝備有散熱器，這樣可以獲得良好的產(chǎn)品壽命。此外，在變壓器的原邊和副邊線圈之間還要使用雙重隔離，從而保證最大的安全性。

　　可靠性

　　人們常常單純要求電源產(chǎn)品的壽命，其實，影響電源壽命的因素很多，如像平均負載率、振動和周圍的環(huán)境溫度等。其中，環(huán)境溫度很重要，所以排放出由電源內(nèi)部元件所產(chǎn)生的總熱量非常關鍵。

　　因為電源設備制造商并不了解最終用戶的使用條件，所以他們唯一能提供考的壽命性能是電源產(chǎn)品的平均故障間隔時間MIBF(MeanTimeBetweenFailure)

；電源的MTBF值，在任何情況下，都是由電源內(nèi)部的電解電容MTBF之值所決定的。當電源設備里排除掉電容的影響因素時，其計算的MTBF可能為10萬小時或者更長一些。然而，電解電容的典型MTBF之值僅僅是3萬小時。

　　因為一些電源設備制備制造商已開發(fā)出他們自己的電源MTBF計算方法，而且計算出的MTBF值是比較高的，所以用戶最好使用在MIL-HDBK-217E方式中所定義的MTBF之值，同廠家給定的電源MTBF之值相比較，來正確判斷產(chǎn)品的性能。因為MIL-HDBK-217E定義的計算MTBF方法是已經(jīng)被證實的并且是廣泛可以接受的，計算的MTBF值也是可核實的。

　　當評價電源產(chǎn)品的標稱壽命時，電源是否運行在額定的滿負載狀況是評價電源的另一重要考慮因素。如果電源設備裝有合適的散熱器而且無熱循環(huán)，在低于滿負載的情況下且連續(xù)工作，電源就能有更長的壽命。綜合考慮以上因素，建議選型工程師最好依靠MIL-HKBK-217E方法驗證電源產(chǎn)品的MTBF之值，確保電源在合適的條件下工作，只要做到這一點，也不必再考慮電解電容的短壽命問題。

　　功率因數(shù)校正

　　電源的另一個關鍵性的性能要素是它的功率因素。教科書里定義的功率因數(shù)是加在負載上的電壓和電流波形之間的相角余弦（若電壓波形與電流波形的相角差為φ,則cosφ便是電源的功率因數(shù)）。當加在負載上的電壓和電流波形相位一致時(即相角差φ=0),則功率因數(shù)cosφ=1是理想的情況；當加在負載上的電壓和電流波形相角差為90°時（即φ=90°）,則功率因數(shù)等于零（處于最小值）；通常，電源的功率因數(shù)處于0到1之間，即0≤cosφ≤1，可用百分數(shù)表示。

　　加在負載上的電壓和電流波形之間存在相位差導致的結果之一是供電效率降低，即產(chǎn)生所要求的電力需要輸入更大的電力；導致的另外一個結果而且是更嚴重的后果，那就是電壓和電流的波形差產(chǎn)生過多的高次諧波。大量的高次諧波反饋到主輸入線（電網(wǎng)），造成電網(wǎng)被高次諧波污染成為惡性事故的隱患；同時，這種高次諧波也會擾亂控制系統(tǒng)里的敏感低壓電路。

　　現(xiàn)有兩種主要的功率因數(shù)校正PFC（PowerFactorCorrection）方法：第一種方法是在輸入端使用簡單的線圈；第二種方法是使用特殊的電子功率因數(shù)校正電路。利用線圈叫作“無源”PFC，利用該方法通?？色@得到0.7～0.8的功率因數(shù)。利用第二種方法（也叫作“有源”PFC）則可產(chǎn)生最少量的高次諧波從而更有效地利用電網(wǎng)提供的電能。有源PFC可產(chǎn)生高于95％的功率因數(shù)，在大型電源里最為有用，因為產(chǎn)生的高次諧波是直接和負載電流成正比的。例如，在10A乃至更高負載電流的24Vdc電源里利用有源PFC方法是最適宜的。

　　工程師應當認識到，電源具備功率因數(shù)校正功能的重要意義不僅僅是保證電源不輻射或是不傳導所不希望的電噪聲。因此，作為規(guī)劃選型工程師必須尋找符合際規(guī)范的電源產(chǎn)品，這些規(guī)范包括電的發(fā)射規(guī)范EN55011-BtEN55022-B和有關高次諧波發(fā)射污染電網(wǎng)的規(guī)范EN61000.3.2。

　　浪涌保護

　　電源里內(nèi)置浪涌保護功能已是日益流行的性能。許多電源已使用單獨的浪涌保護器件，以防高電壓波峰沖擊，如雷電沖擊。

　　某些開關電源現(xiàn)已提供EN61000-4-4和EN61000-4-5所定義的浪涌保護，這是內(nèi)置的浪涌保護功能（提供高達4kV的浪涌保護），由于不需要外加的抑制器從而縮小了珍貴的面板空間。這種新的國際標準使得工程師容易選擇電源，因為浪涌保護的標準化級別早已建立。

過載和短路保護

　　任何電源都具備的重要特性是提供公布的連續(xù)滿負載能力。更重要的是電源具備某些內(nèi)置的誤差余量或是計算（考慮）過載情況的容錯。一臺好的電源是最低能提供5％的過載保護，較理想的情況是提供出10％的過載保護。

　　所謂過載情況是指由電源里取出過量的電流，規(guī)劃選型工程師具有兩種選擇。第一種選擇是，當電源經(jīng)受到過載情況時，電源設備啟動暫停電路（hiccupcircuit）。利用這種設計，電源設備可暫停工作，經(jīng)過暫停之后電源力圖再度重新啟動持續(xù)工作。當過載情況消失，則電源重新啟動成功，并又開始正常工作。這種設計適用于低電流設備。

　　對于比較大的電源設備，一種叫作“恒流”供電的方法是過載保護的較好選擇。在這種情況下，當電源一直被迫供應出恒定電流時，則電源設備降低其輸出電壓。

　　短路保護功能是電源設備的另一安全性能，這一特性不容忽視。雖說主要目的是安全，但最大優(yōu)點是那時電源有自動復位特性。這個特性所提供的保護時間可持續(xù)到已經(jīng)查到短路故障。

　　電源的經(jīng)濟性和尺寸

　　電源的經(jīng)濟性和幾何尺寸是相關的。對于最終用戶有幸的是電源的經(jīng)濟性和幾何尺寸兩方面都有所改善。一些較新的電源產(chǎn)品提供出上述的十足性能

，與以往相比，它能以較低的成本獲得比舊的低效率設計產(chǎn)品包封尺寸低50％。

　　在經(jīng)濟性和幾何尺寸兩種特性中，常常是更看中幾何尺寸特性。因為在以往積累了大量幾何尺寸的技巧，例如利用更小的元件和有效板尺寸。現(xiàn)在，有些最有效的設計把散熱器結合到電源外殼裝配空間里，因此有效地削減了外加散熱器和塑料外殼的空間和成本。

　　便于使用

　　對于電源設備還有一項附加的共同要求是容易裝配的端接。如今很多電源產(chǎn)品提供形形色色的設計特性，諸如最大的裝配靈活性和最低的最終安裝和連接成本。為滿足全球范圍的應用，電源流行的性能包括：靈敏且安全的裝配雙列導軌托架（DIN-rail-mountingbracket）、微小外殼設計和通用寬度的輸入電壓范圍。電源設備的其他性能包括如下：前面板裝配輸入和輸出連接，可插入的觸摸可靠的端接部件，易于裝配/替換輸入熔絲和輸出電壓調(diào)整。

　　最近有一種新型的電源產(chǎn)品已經(jīng)上市，該產(chǎn)品直接與三相340～480Vac輸入電壓連接，消除了壓降變壓器所要求的成本和空間。最終的結果是這種新電源產(chǎn)品比用單相電源附加變壓器更有效且成本更低。