运行可靠性：工业电源的关键指标

为确保电源能在各类应用场景，尤其是在严苛的工业环境中为设备持续运行提供支持，确保电源设计具有较高的运行可靠性至关重要。本博客将从以下几个方面探讨运行可靠性：运行可靠性的定义、评估方法以及 RECOM 电源设计如何最大限度地提高运行可靠性。 

什么是电源的运行可靠性？

运行可靠性是衡量电源能否在无故障情况下完成其预期功能的一项指标。电源的运行可靠性主要包括以下几个因素：

• 性能稳定性：电源必须能提供稳定且准确的电压和电流，避免可能干扰连接设备运行的波动。
• 耐用性：电源应当能够承受其所运行的环境条件。 
• 停机时间最短：电源应具有低故障率，其设计应最大限度地减少中断的可能性，确保设备尽可能保持持续运行。
• 使用寿命长：电源应具有较长的使用寿命，减少频繁更换或维修的需求，从而提高整个系统的可靠性。
• 标准合规性：电源应符合相关行业标准和认证，这些标准和认证通常包括可靠性和安全性的要求。

工业环境及其对电源的影响

针对应用环境进行设计，是最大化电源运行可靠性的关键。恶劣的工业环境可能对设计存在缺陷的电源构成致命风险。气候相关的风险包括极端高温和低温、温度循环、灰尘、湿气以及盐雾高湿等情况。机械相关的风险包括冲击和振动等情况。  而电气相关的风险则包括电压浪涌、骤降和瞬变等。 

接下来，让我们更深入地探讨这些风险。

*电气风险包括输入电压的频繁或极端变化，如浪涌、骤降或激增。这些情况都可能会给电源元器件带来风险，尤其是电容器和半导体，从而导致其过早失效。在交流/直流电源中，质量不佳的交流电输入可能导致输入电源的谐波失真、电噪声和瞬态扰动。随着时间推移，这些现象会使电源元器件不堪重压，并导致其性能下降。

许多工业环境都存在高水平的电磁干扰，这些干扰可能来自多个源头。典型的电磁干扰发生源包括开关设备（例如变频驱动器和电源逆变器）、工业设备（例如焊机和等离子切割机）、工业发电机以及其他电源。  高水平的电磁干扰会严重影响电源的可靠性。

其他电气风险包括周期缺失，即 AC/DC 电源输入未接收到一个或多个 AC 周期。这可能是由于配电网络中的临时故障、中断或开关操作造成的。周期缺失会导致直流电源中断，从而加速元器件的老化和退化。

*极端温度。一个常见的故障原因是过高的温度或温度循环。大多数故障都是由不同材料的热膨胀系数 (CTE) 差异引起的热应力导致的。极端温度会影响电气和机械元器件。 

*冲击和振动是工业环境的常见特征。它们会对电子和机械元器件造成机械风险。常见的结果包括焊缝开裂、螺丝和其他紧固件松动以及金属疲劳。 

运行可靠性评估

评估工业电源的运行可靠性，包括评估其在特定条件下长期稳定运行的能力。 

评估运行可靠性的方法有多种，但统计可靠性测量，例如平均故障间隔时间 (MTBF)，并不是反映实际运行寿命的良好指标。 

平均故障间隔时间 (MTBF)仅提供可靠性的总体指标，并不能确定故障类型或原因。更重要的是，MTBF 通常是在受控测试条件下计算的，这些条件可能无法完全复制电源运行所处的多样性和恶劣环境。应用环境会对实际的可靠性产生显著影响。 

根据 RECOM 客户的经验，大多数早期故障不是因为元器件老化，而是由输入电压浪涌引起的，因此 MTBF 和其他类似计算无法充分反映这些情况。

如何在工业环境中最大化电源的运行可靠性

RECOM 电源具备多种功能，以减少电气风险并最大化运行可靠性。

• 工业友好型设计。RECOM 电源采用先进的散热设计和高效率，能在扩展温度范围内满载运行，从而将元器件风险降至最低。许多设计都具有输出电压微调功能，有助于补偿长电缆的电压降。 
• 宽输入电压范围。RECOM 电源还具有宽输入范围的特点。输入电压为 85–264 VAC 的 AC/DC 电源和输入电压为 4.0–36.0 VDC 的 DC/DC 电源就是典型的例子。
• 电压中断和骤降。RECOM 的 AC/DC 工业电源符合 IEC/EN61000-4-11:2004+A1:2017 标准中关于电压骤降和中断的 B 级标准。如需了解详情，请与我们联系。
• 输入电压浪涌保护。  由于输入电压浪涌是导致早期故障的首要原因，因此工业电源必须提供多种保护措施。

此外，它们还必须具备强大的输入滤波功能。RECOM 还开发了一系列适用于 PCB 安装的浪涌保护模块，符合特定工业标准，例如 RIA12、NF F 01-510 和 EN50155 等铁路机车车辆规范，或 MIL-STD-416G、MIL-STD-1275E 等军用浪涌保护标准。RSP 系列提供 20 W、45 W、150 W、200 W 或 300 W 的连续功率额定值，适用于 110 VDC 或 24/28 VDC 的标称输入电压。RSPxxx-168 系列可承受高达 385 VDC 的输入电压浪涌。

• 电磁干扰滤波。如果需要电磁干扰保护，RECOM 的大多数产品数据表中均提供符合行业规范的推荐滤波电路设计。RECOM 还设计了一系列低成本电感器，这些电感器经过优化，可与 RECOM 的 DC/DC 转换器配合使用，并通过我们的内部 EMC 测试设施对传导和辐射电磁干扰进行了 EMC 性能验证。它们与 RECOM 转换器配合使用，为减少电磁干扰提供一站式解决方案。
• 输出过流保护 (OCP)。输出过流保护 (OCP) 通过电子方式限制负载电流以保护电源，从而最大程度地减少周期缺失和压降现象的影响。典型技术是将电流限制在设定值，通过增加负载或“暂停”保护将电流“折回”到安全值（输出关闭，然后在延迟后再次打开。如果过电流情况仍然存在，则循环重复）。 
• 更换简便。当然，任何产品都可能发生故障，RECOM 电源也不例外。当故障最终不可避免地发生时，简便的更换过程可将停机时间降至最低。简化更换过程的一种方法是使用标准外形尺寸，例如 DIN 导轨电源。 

结论

出色的运行可靠性是工业电源的关键指标。本文回顾了一些影响运行可靠性的因素以及 RECOM 电源的几个设计特点，这些特点保证了 RECOM 电源在严苛的工业环境下具有较长的使用寿命。

责编：Johnson Zhang