wellbet吉祥访官网登陆:工业自动化中的电源降额

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  本文分析需要对电源进行降额的各类因素，以及降额如何提升工业电源可靠性、延长平均无故障上班时间（MTBF）。

  电源的额定功率，指设备在标准工作条件下能够输出的最大瓦特数。例如一款电源标注为 “480W 电源” 或 “15W DC/DC 转换器”。但该额定功率会受工作条件制约。环境和温度过高或过低、输入电压偏低、工作海拔较高等外部条件，都会降低电源可连续输出的上限功率。 为应对上述工况，需要降低电源输出负载，该操作就称为降额。降额通过减少电源内部功耗、降低发热量，保障产品全生命周期内稳定工作，以此实现可靠运行、延长设备寿命。行业通用准则：环境和温度每升高 10℃，设备常规使用的寿命减半。

  电源厂商一般是通过曲线图或者公式给出降额要求。RECOM 同时提供温度、输入电压维度的降额曲线，并附带随海拔升高对应的百分比降额系数，必要时还会设置绝对负载限值。

  温度降额曲线 X 轴代表环境和温度，Y 轴代表输出功率。当环境和温度升高，必须降低输出功率，防止电源过热，此时就需要执行降额。

  电源规格参数中一般会预留一定余量，用来承受负载浪涌电流、输入电压浪涌和瞬态电压。但选型时，绝对最大值参数不可作为正常工作的使用条件。 该余量代表产品的设计健壮性，仅用于应对短期异常工况，绝对最大值不可以长时间作为实际在做的工作性能指标。

  RECOM 工业自动化电源的降额曲线放在产品数据手册末尾；其他厂商可能将降额曲线放在应用笔记或者独立参考文档中。

  图 2：同时包含负载、环境和温度、输入电压的降额曲线 为宽压输入开关稳压器（R78K 系列）不同输入电压对应的多条降额曲线。开关稳压器的效率会随输入电压升高而下降，器件会更快抵达负载极限，因此高输入电压条件下，降额的启动温度会更低。

  本例中，输入 5V、输出 2.5V 工况下，整机功耗很小，转换器几乎不存在热应力，环境和温度高达 85℃仍可以满功率输出；但同样负载，如果输入电压为 36V，温度达到 65℃就必须开始降额。

  海拔降额要求会以图表或者文字形式写入手册。以 R78K1.0 系列开关稳压器为例，RECOM 手册 “环境条件” 章节标注最大工作海拔 5000 米，海拔超过 2000 米即需要开始降额；20005000 米区间，海拔每提升 1000 米，最大输出功率降低 5%。海拔降额需要叠加温度降额共同计算。

  图 3：RECOM RACPRO1T480 导轨电源峰值负载维持的时间与周期曲线图。图中百分比均为完成降额之后的数值。

  上图为 RECOM 导轨安装电源（RACPRO1T480 系列）的过流能力。电源可持续承受 100% 额定负载；可短时承受最高 150% 额定电流，但单次维持的时间不超过 7.5 秒，且两次事件间隔至少 60 秒。输出侧发生短路时，电源可输出最高 250% 额定电流，持续 20 毫秒，保证输出回路熔断器可靠熔断。

  图4：不同风速条件下输出功率温度降额曲线 是典型降额曲线，展示冷却气流带来的影响。无通风条件下，约 67℃就需要开始降额；100 英尺 / 分钟（LFM）的强制风冷，降额起始温度提升至约 85℃。继续加大风量，收益会明显递减；500 英尺 / 分钟风量下，降额起始温度仅提升至约 95℃。

  AC/DC 转换器需要考量的基础要素和 DC/DC 转换器大体一致。但交流感性负载会带来特有风险：重载工况下功率因数滞后（电压电流相位偏移），负载关断时会产生反向电动势。以上两种情况都可能会让电源超出工作极限。RECOM 的 AC/DC 电源针对这类交流负载典型问题做了专门设计，具备强浪涌电流耐受能力，同时能承受较高的反向电压。