運行可靠性：工業電源的關鍵指標

為確保電源能在各類應用場景，尤其是在嚴苛的工業環境中為設備持續運行提供支持，確保電源設計具有較高的運行可靠性至關重要。本博客將從以下幾個方面探討運行可靠性：運行可靠性的定義、評估方法以及 RECOM 電源設計如何最大限度地提高運行可靠性。 

什么是電源的運行可靠性？

運行可靠性是衡量電源能否在無故障情況下完成其預期功能的一項指標。電源的運行可靠性主要包括以下幾個因素：

• 性能穩定性：電源必須能提供穩定且準確的電壓和電流，避免可能干擾連接設備運行的波動。
• 耐用性：電源應當能夠承受其所運行的環境條件。 
• 停機時間最短：電源應具有低故障率，其設計應最大限度地減少中斷的可能性，確保設備盡可能保持持續運行。
• 使用壽命長：電源應具有較長的使用壽命，減少頻繁更換或維修的需求，從而提高整個系統的可靠性。
• 標準合規性：電源應符合相關行業標準和認證，這些標準和認證通常包括可靠性和安全性的要求。

工業環境及其對電源的影響

針對應用環境進行設計，是最大化電源運行可靠性的關鍵。惡劣的工業環境可能對設計存在缺陷的電源構成致命風險。氣候相關的風險包括極端高溫和低溫、溫度循環、灰塵、濕氣以及鹽霧高濕等情況。機械相關的風險包括沖擊和振動等情況。  而電氣相關的風險則包括電壓浪涌、驟降和瞬變等。 

接下來，讓我們更深入地探討這些風險。

*電氣風險包括輸入電壓的頻繁或極端變化，如浪涌、驟降或激增。這些情況都可能會給電源元器件帶來風險，尤其是電容器和半導體，從而導致其過早失效。在交流/直流電源中，質量不佳的交流電輸入可能導致輸入電源的諧波失真、電噪聲和瞬態擾動。隨著時間推移，這些現象會使電源元器件不堪重壓，并導致其性能下降。

許多工業環境都存在高水平的電磁干擾，這些干擾可能來自多個源頭。典型的電磁干擾發生源包括開關設備（例如變頻驅動器和電源逆變器）、工業設備（例如焊機和等離子切割機）、工業發電機以及其他電源。  高水平的電磁干擾會嚴重影響電源的可靠性。

其他電氣風險包括周期缺失，即 AC/DC 電源輸入未接收到一個或多個 AC 周期。這可能是由于配電網絡中的臨時故障、中斷或開關操作造成的。周期缺失會導致直流電源中斷，從而加速元器件的老化和退化。

*極端溫度。一個常見的故障原因是過高的溫度或溫度循環。大多數故障都是由不同材料的熱膨脹系數 (CTE) 差異引起的熱應力導致的。極端溫度會影響電氣和機械元器件。 

*沖擊和振動是工業環境的常見特征。它們會對電子和機械元器件造成機械風險。常見的結果包括焊縫開裂、螺絲和其他緊固件松動以及金屬疲勞。 

運行可靠性評估

評估工業電源的運行可靠性，包括評估其在特定條件下長期穩定運行的能力。 

評估運行可靠性的方法有多種，但統計可靠性測量，例如平均故障間隔時間 (MTBF)，并不是反映實際運行壽命的良好指標。 

平均故障間隔時間 (MTBF)僅提供可靠性的總體指標，并不能確定故障類型或原因。更重要的是，MTBF 通常是在受控測試條件下計算的，這些條件可能無法完全復制電源運行所處的多樣性和惡劣環境。應用環境會對實際的可靠性產生顯著影響。 

根據 RECOM 客戶的經驗，大多數早期故障不是因為元器件老化，而是由輸入電壓浪涌引起的，因此 MTBF 和其他類似計算無法充分反映這些情況。

如何在工業環境中最大化電源的運行可靠性

RECOM 電源具備多種功能，以減少電氣風險并最大化運行可靠性。

• 工業友好型設計。RECOM 電源采用先進的散熱設計和高效率，能在擴展溫度范圍內滿載運行，從而將元器件風險降至最低。許多設計都具有輸出電壓微調功能，有助于補償長電纜的電壓降。 
• 寬輸入電壓范圍。RECOM 電源還具有寬輸入范圍的特點。輸入電壓為 85–264 VAC 的 AC/DC 電源和輸入電壓為 4.0–36.0 VDC 的 DC/DC 電源就是典型的例子。
• 電壓中斷和驟降。RECOM 的 AC/DC 工業電源符合 IEC/EN61000-4-11:2004+A1:2017 標準中關于電壓驟降和中斷的 B 級標準。如需了解詳情，請與我們聯系。
• 輸入電壓浪涌保護。  由于輸入電壓浪涌是導致早期故障的首要原因，因此工業電源必須提供多種保護措施。

此外，它們還必須具備強大的輸入濾波功能。RECOM 還開發了一系列適用于 PCB 安裝的浪涌保護模塊，符合特定工業標準，例如 RIA12、NF F 01-510 和 EN50155 等鐵路機車車輛規范，或 MIL-STD-416G、MIL-STD-1275E 等軍用浪涌保護標準。RSP 系列提供 20 W、45 W、150 W、200 W 或 300 W 的連續功率額定值，適用于 110 VDC 或 24/28 VDC 的標稱輸入電壓。RSPxxx-168 系列可承受高達 385 VDC 的輸入電壓浪涌。

• 電磁干擾濾波。如果需要電磁干擾保護，RECOM 的大多數產品數據表中均提供符合行業規范的推薦濾波電路設計。RECOM 還設計了一系列低成本電感器，這些電感器經過優化，可與 RECOM 的 DC/DC 轉換器配合使用，并通過我們的內部 EMC 測試設施對傳導和輻射電磁干擾進行了 EMC 性能驗證。它們與 RECOM 轉換器配合使用，為減少電磁干擾提供一站式解決方案。
• 輸出過流保護 (OCP)。輸出過流保護 (OCP) 通過電子方式限制負載電流以保護電源，從而最大程度地減少周期缺失和壓降現象的影響。典型技術是將電流限制在設定值，通過增加負載或“暫停”保護將電流“折回”到安全值（輸出關閉，然后在延遲后再次打開。如果過電流情況仍然存在，則循環重復）。 
• 更換簡便。當然，任何產品都可能發生故障，RECOM 電源也不例外。當故障最終不可避免地發生時，簡便的更換過程可將停機時間降至最低。簡化更換過程的一種方法是使用標準外形尺寸，例如 DIN 導軌電源。 

結論

出色的運行可靠性是工業電源的關鍵指標。本文回顧了一些影響運行可靠性的因素以及 RECOM 電源的幾個設計特點，這些特點保證了 RECOM 電源在嚴苛的工業環境下具有較長的使用壽命。

責編：Johnson Zhang