工控设备在户外或是有电动机等大型厂房的应用场合中,开关电源在工作一段时间后可能会突然停止工作。拆开电源外壳查看内部元器件,可能会发现电源输入端的压敏电阻炸裂或是大电解电容炸裂,甚至电源中的主功率MOS管也炸裂失效。以下是元器件失效的常见原因:
1. 输入端存在过高的电压,或是输入电压中有叠加很高的电压尖峰,导致电源的输入电压超过元器件的最大承受电压而失效。
2. 输入电网电压波动:电网中的负载出现较大波动会导致输入电压过压。例如,在用电高峰时期电网电压往往偏低;在一些有大型电动机或是感性负载的厂房场合,当负载停机或是开机时,往往都会急剧抬高或拉低电网的电压,导致电网波动。国家标准对电网电压波动等级有如下规定:
在供电较好的城市和工业区,电网电压变化范围通常只有±10%(电网额定电压220VAC,波动上限为264VAC)左右。因此开关电源的输入电压最大值一般都是设计为264VAC。一旦电网电压超过264VAC,开关电源有可能会损坏,严重时甚至会造成设备跳闸、着火,对人员和财产造成威胁。
在供电条件较差的农村和边远地区、或者电网存在负载变化很大的应用场景:如山区、公路隧道,发电机等电网供电场合,电压变化范围可能要大得多,有时甚至能够达到20%~30%(274~299VAC)。此时电网输入电压已经超过电源的最高输入电压264VAC,因此电源存在很高的失效风险,导致设备停电失效。
3.电网中存在感应高压电压尖峰:当用电设备在户外场合时,在雷雨天气打雷时,电网中有时会感应到雷电高压尖峰电压,导致电网输入电压存在一个较高的电压尖峰,此尖峰电压会叠加到220VAC输入电压中,导致尖峰电压随之进入电源内部,电源内部的元器件过压损坏。
最恶劣的情况是雷电直接击中电网电线,导致电网电压瞬间上升到电源和设备无法承受的值,电源直接损坏。当感应电压进入到电源内部时,输入大电解电容两端会产生一个很高的浪涌尖峰电压。此尖峰电压会导致大电容过压失效。
总的来说,工控设备的电源失效问题往往与输入端电压过高或电压尖峰有关。在设计和应用中,需要特别注意电网电压的波动和感应高压电压尖峰对电源的影响,以确保设备的稳定运行和安全性。
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