電源用于各種困難和苛刻的環(huán)境。然而，現(xiàn)代電源的“堅(jiān)固性”是主觀的。例如，足夠堅(jiān)固且能夠承受高海拔環(huán)境的電源可能不具備承受海洋環(huán)境所需的條件。那么，在沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)定義的情況下，如何獲得所需的耐用型電源呢？

無(wú)論您的規(guī)格是半頁(yè)文檔還是 30 頁(yè)長(zhǎng)的文檔，在采用耐用型電源設(shè)計(jì)時(shí)，都有問(wèn)題要問(wèn)，也有標(biāo)準(zhǔn)要考慮。找到合適的設(shè)計(jì)和制造合作伙伴也會(huì)有所幫助。

最終，需要耐用型電源的工程師需要在四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域定義他們的要求：

1. 機(jī)械

2. 環(huán)境的

3. 電氣

4. 使用壽命長(zhǎng)

耐用型電源設(shè)計(jì)的機(jī)械方面

一般來(lái)說(shuō)，關(guān)于電源的機(jī)械性能，應(yīng)該問(wèn)三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

1. 設(shè)備在其生命周期內(nèi)是否會(huì)受到明顯的振動(dòng)或沖擊？

2. 該裝置是否需要金屬外殼來(lái)防止各種危險(xiǎn)？

3. 電源將如何保持連接，或者設(shè)備將如何物理插入？

振動(dòng)和沖擊：面臨劇烈振動(dòng)或沖擊的電源可能需要封裝在環(huán)氧樹(shù)脂等材料中。液態(tài)樹(shù)脂固化后，該裝置會(huì)變成磚狀。如果您的應(yīng)用需要不同類型的灌封膠，聚氨酯可能是一個(gè)合適的替代品。

在不太嚴(yán)重的應(yīng)用中，用鉚接膠粘劑代替密封膠可能是正確的選擇。鉚接膠粘劑通過(guò)最大限度地減少振動(dòng)和減少引線上的壓力來(lái)保護(hù)電子元件。通常，這些膠粘劑用于電源印刷電路板組件 （PCBA） 中較高的元件，例如電容器、變壓器或其他無(wú)源元件和磁性元件。

金屬外殼：大多數(shù)電源都安裝在金屬或塑料外殼中。塑料通常更輕、更便宜，但金屬外殼往往具有更強(qiáng)的抗沖擊性，尤其是對(duì)于終端速度高的物體。如果您正在設(shè)計(jì)必須防彈的電源裝置，則可能需要一個(gè)厚實(shí)的鋼制外殼。如果您需要抵御大冰雹，那么不同厚度的不同類型的金屬可能是最合適的。

連接：連接器是配合在一起的機(jī)械設(shè)備，以便電力可以從電源流向目的地。連接器需要保持在一起，但在惡劣的環(huán)境中，它們總是有被拔出的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于堅(jiān)固的電源，您可能需要具有扭轉(zhuǎn)解鎖功能的連接器或其他釋放機(jī)制。

耐用型電源：環(huán)境的產(chǎn)物

耐用型電源的環(huán)境考慮因素分為幾類：

• 溫度

• 濕度

• 鹽

• 污染

• 高度

溫度：許多電子元件的設(shè)計(jì)溫度范圍為 0 至 70°C。 盡管如此，將規(guī)格表上的溫度范圍與您的應(yīng)用要求進(jìn)行比較仍然很重要。熱漂移是由溫度變化引起的行為變化，會(huì)影響組件性能，尤其是在高功率應(yīng)用中。

在電源中，用于存儲(chǔ)能量的鋁電解電容器在極寒環(huán)境中會(huì)失去其電氣特性。雖然可以使用用于較低溫度的鋁電解電容器，但它們通常提供的電容較小，這最終會(huì)影響電源設(shè)計(jì)。例如，如果您正在設(shè)計(jì)一個(gè)可以在北極條件下打開(kāi)相機(jī)的桿式電源，那么值得考慮一下。

高溫也會(huì)導(dǎo)致組件性能出現(xiàn)較大差異。例如，石油和天然氣行業(yè)需要能夠承受高達(dá) 150°C 溫度的電源。 在某些情況下，這些裝置與安裝在大型鉆頭上的印刷電路板 （PCB） 一起使用。當(dāng)鉆頭高速鉆穿巖石時(shí)，會(huì)產(chǎn)生摩擦，熱量會(huì)積聚，這可能會(huì)給連接到它們的電源帶來(lái)問(wèn)題。

濕度：高濕度會(huì)導(dǎo)致濕氣凝結(jié)在電源的電子設(shè)備上。反過(guò)來(lái)，這可能會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)電路徑，從而導(dǎo)致短路和腐蝕。具有適當(dāng)通風(fēng)的密封外殼可以防止?jié)駳膺M(jìn)入電源，但您的應(yīng)用可能需要表面貼裝元件的保形涂層。

鹽：在海洋環(huán)境中，腐蝕不僅會(huì)影響電源的內(nèi)部組件，還會(huì)影響其金屬外殼。如果鋁和其他金屬遇到鹽水，可能會(huì)發(fā)生電偶腐蝕。對(duì)于這種堅(jiān)固的應(yīng)用，可以使用輻照鋁，但前提是整個(gè)裝置都通過(guò)鹽霧測(cè)試。

污染：各種污染物也會(huì)影響電源性能。在許多情況下，空氣中的灰塵是最大的問(wèn)題。但是，工業(yè)環(huán)境可能面臨不同的風(fēng)險(xiǎn)。例如，在機(jī)械車(chē)間中，導(dǎo)電銼屑可能會(huì)產(chǎn)生電弧，從而損壞銑床中的電路板。如果電源與動(dòng)物、導(dǎo)電的毛發(fā)和毛皮密切接觸，也可能帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

高度：海拔高度也會(huì)影響電源的性能，尤其是與冷卻有關(guān)時(shí)。由于空氣密度較低，因此對(duì)流和強(qiáng)制空氣冷卻在較高海拔地區(qū)效果較差。例如，如果您的產(chǎn)品將在丹佛、科羅拉多州或其他山區(qū)使用，這一點(diǎn)很重要。同樣，商用飛機(jī)或軍用飛機(jī)中使用的散熱器在飛機(jī)飛行時(shí)而不是在地面上散熱效果不佳。

瞬變?cè)谀陀眯碗娫粗械闹匾?/p>

堅(jiān)固耐用的電力電子設(shè)備需要一定程度的瞬態(tài)保護(hù)，即電源輸入端電壓或電流的突然、短時(shí)間變化。它們表現(xiàn)為電源線上的尖峰或低谷，可能是由雷擊等事件引起的，這可能導(dǎo)致電壓浪涌。這就是為什么在電線桿上安裝避雷器的原因，以及為什么在暴風(fēng)雨經(jīng)常發(fā)生的地方而不是沙漠氣候中可以找到更多此類設(shè)備。

Bear 電源

堅(jiān)固耐用的電源通常采用定制配置以及標(biāo)準(zhǔn)配置，例如 Bear Power Supplies BP6 系列。

不過(guò)，雷擊并不是輸入瞬變的唯一原因。它們也可以由感應(yīng)負(fù)載（如電動(dòng)機(jī)）的快速開(kāi)關(guān)觸發(fā)，甚至由連接到同一電路的其他設(shè)備汲取的功率的突然變化觸發(fā)。

輸入瞬變：大多數(shù)輸入瞬變是由雷擊到電源線引起的。這可能會(huì)影響建筑物內(nèi)部的設(shè)備，但當(dāng)電源安裝在室外時(shí)，甚至更糟糕的是，安裝在室外金屬桿上，風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更大。但是，這些瞬變具有非?？斓纳仙龝r(shí)間和較短的持續(xù)時(shí)間，通常以微秒或毫秒為單位，通常也發(fā)生在工業(yè)負(fù)載快速導(dǎo)通和關(guān)閉時(shí)。這被稱為 “ringing on the line”（響鈴在線）。

例如，一名工人突然打開(kāi)了工廠車(chē)間的電焊機(jī)。它與配備可編程邏輯控制器 （PLC） 的 CNC 機(jī)床位于同一條電源線上。來(lái)自電焊機(jī)的電流可能會(huì)向連接到本機(jī)接地的任何東西引入瞬態(tài)電壓。如果沒(méi)有足夠的電氣隔離，PLC 可能會(huì)出現(xiàn)故障。

負(fù)載瞬變：負(fù)載瞬變是電路吸收的電流的突然、短暫的變化。它們會(huì)導(dǎo)致電源負(fù)載的快速增加或減少，從而可能觸發(fā)輸出電壓的暫時(shí)波動(dòng)。一些電源驅(qū)動(dòng)如此大的電容負(fù)載，以至于每當(dāng)它們打開(kāi)時(shí)，似乎都會(huì)發(fā)生短路。

負(fù)載可能會(huì)有很大差異，并且在某些情況下會(huì)恢復(fù)供電。這是工廠車(chē)間的一個(gè)問(wèn)題，那里有重型電動(dòng)機(jī)和其他工業(yè)級(jí)系統(tǒng)。例如，驅(qū)動(dòng)熱泵的電機(jī)可能需要 50 W 的平均負(fù)載。但有時(shí)，需要額外的功率 — 高達(dá) 75 W — 。有時(shí)返回的功率也高達(dá) 25 W。

電動(dòng)機(jī)可以充當(dāng)發(fā)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換回電能時(shí)，就會(huì)發(fā)生這一過(guò)程，這個(gè)過(guò)程稱為再生。

雖然高壓瞬變可能會(huì)損壞電源中的功率晶體管和二極管，但大電流浪涌會(huì)導(dǎo)致電路故障，需要使用保護(hù)機(jī)制。

使用壽命：耐用型電源的使用壽命是多久？

大多數(shù)工程師都希望電源設(shè)計(jì)經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)，但它們真的必須持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間呢？通常，應(yīng)用程序類型決定了“長(zhǎng)壽命”的含義。例如，許多消費(fèi)品預(yù)計(jì)只能持續(xù)五年左右。相比之下，醫(yī)療保健行業(yè)使用的醫(yī)療設(shè)備和其他設(shè)備預(yù)計(jì)可以使用 10 年或更長(zhǎng)時(shí)間。工業(yè)產(chǎn)品需要更長(zhǎng)的使用壽命，通常為 15 年以上。

國(guó)防和航空航天電子設(shè)備內(nèi)部的電源對(duì)“長(zhǎng)壽命”也有不同的定義。許多軍用級(jí)電源必須堅(jiān)固耐用，但其他電源可能只需要持續(xù)執(zhí)行一次單向任務(wù)。相比之下，汽車(chē)和其他運(yùn)輸系統(tǒng)的核心電源可能一次必須持續(xù)數(shù)十年。例如，許多控制列車(chē)信號(hào)的繼電器已經(jīng)使用了 50 多年。

您為電源選擇的組件也有自己的使用壽命。例如，在筆記本電腦中，風(fēng)扇通常提供冷卻。隨著時(shí)間的推移，風(fēng)扇會(huì)磨損，過(guò)濾器可能會(huì)堵塞。至于電源中的鋁電解電容器，它們的使用壽命很少超過(guò) 15 年——即使電源單元設(shè)計(jì)保守也是如此。

定義電源的“耐用型”取決于應(yīng)用

最后，電源設(shè)計(jì)人員需要按照自己的方式定義“堅(jiān)固耐用”。沒(méi)有一個(gè)普遍認(rèn)可的定義 — 使一個(gè)裝置堅(jiān)固耐用的特性在另一種情況下可能并不合適，或者在不同的應(yīng)用中可能不成比例。但是，通過(guò)選擇合適的電源制造商并與他們合作進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，您可以獲得應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)所需的幫助。