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恶劣环境下选择什么样的电源才是高可靠性的

恶劣环境下选择什么样的电源才是高可靠性的

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2022-09-06 17:55:45 2

TDK-Lambda的电源常使用于工业应用中，并经常面对恶劣环境，如灰尘，污垢和凝露环境等。

过量的污垢会导致电源很快产生故障，电源的最终客户由于生产中断，经常要求进行故障分析。我还看到过从邮政分拣应用中返修的电源，全部覆盖着煤尘，木屑，甚至还有大量的金属碎屑。

图1：返修电源

决定一款电源是否适合某个应用的一个方法是参考污染等级(PD)级别（表1）。相关信息可以在安规认证报告中找到，如IEC 60601-1, IEC 62368-1 和 IEC 61010-1。

污染等级 1	污染等级 2	污染等级 3	污染等级 4
无污染或仅有干燥的非导电性的污染	一般情况仅有非导电性污染，但必须考虑到偶然由于凝露造成短暂的导电性	有导电性污染，或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性的	造成持久性的导电性污染，例如由于导电尘埃或雨雪所造成的污染
密封外壳或半导体晶圆厂洁净室	办公室环境，实验室和测试设备	工业和农业应用，食品加工或锅炉房	户外设备

表 1：污染等级类别的分类和实例

设计人员面对的一个问题是当其找到一款合适的污染等级为PD-3的电源。为了达到这个等级，需要额外增加PCB上铜线间的间距和器件间的距离。这样的话将增加产品的尺寸并提高产品的价格，从而使其与主流产品没有竞争力，并减少市场上可用产品的数量。由于终端系统可能不要求该污染等级，设计人员通常选择污染等级为PD-2的电源。有几种方法可维持产品的可靠性，如下所述。

印刷电路板涂层（三防漆）可以提供保护，防止导电污染和偶发的冷凝。例如，食品加工行业通常为电源指定电源板涂层。客户主要关心的是使用哪种类型的涂层，如何将其应用于电路板以及之后如何对其进行检查。用刷子手动涂上三防漆更容易出现可重复性问题。电容器防爆槽和连接器需要进行遮挡。磁性元件的性能也可能会受影响，因为涂层在固化期间会改变磁芯性能。幸运的是，一些制造商将带有涂层的电源作为标准或选项提供，例如TDK-Lambda HWS/HD系列AC-DC电源（图2）。

图 2: TDK-Lambda HWS系列AC-DC 电源

对流或传导冷却电源不需要通过内部风扇或系统供风强制风冷即可运行。任何内部热损耗都可以自然散热或传导到系统外壳或冷却板。使用这种类型的设计可减少产品暴露在被吸入电源，并且随着时间的推移不断累积的空气污染物中，从而导致故障。TDK-Lambda CUS-M系列有多种型号，可用于不同功率等级。

外壳密封是传导冷却电源的另一种选择。PFH500F AC-DC电源模块（图3）常用于户外设备，如LED显示屏。当使用此类型的产品，请确保足够大的外壳尺寸，使自然对流气流可在内部循环。

图3: PFH500 AC-DC 传导冷却电源模块

同带有高速风扇或多个风扇的电源相比，内置低速或变速风扇的电源由于通过产品的空气更少，也可以更少的吸入污垢或灰尘。QM模块化系列电源具有低气流，可变速风扇。这将最大限度的减小噪声水平，也可以减少污垢的进入！图4。

图 4: 低风速QM 系列 AC-DC 模块化电源

确保电源将其热空气排出系统外壳。电源制造商可能提供“反向气流”选项。这可能涉及温度的额外降额，因此请仔细阅读用户手册。利用系统外壳中的挡板可以引导含有灰尘的气流远离电源。

机架式安装电源（如Genesys+可编程电源）带有可选的卡扣式灰尘过滤网。

图5: Genesys+ 可编程电源并可选过滤网(下图)

可在定期维护期间进行更换。令人惊讶的是，许多制造商将低功率电源视为一次性产品，特别是被使用在恶劣的温度环境下时。在高温下，像电解电容等器件的寿命会大大降低--温度每升高10°C，电解电容的寿命就缩短一半。考虑到服务成本，这可能是一个最具性价比的选择。

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