（本文编译自electronicdeisgn）
电源被广泛应用于各种恶劣且要求苛刻的环境中。那么，究竟怎样的现代电源能够称得上是“坚固”的，这视情况而定。例如，一个坚固到足以承受高海拔环境的电源，可能并不具备耐受海洋环境的能力。那么，在没有标准定义的情况下，要如何获得所需的坚固型电源呢？
无论规格说明是一份半页纸的文档，还是长达30页的文件，在涉及坚固型电源设计时，都有一些问题需要注意问，也有一些标准需要考虑。找到合适的设计和制造合作伙伴也会有所帮助。
归根结底，想要获得坚固型电源的工程师们需要在以下四个关键领域明确他们的要求：
机械
环境
电气
长寿命
坚固型电源设计的机械层面
一般来说，对于电源的机械性能，应询问三个关键问题：
在其整个使用周期内，该电源设备会受到显著的振动或冲击吗？
该电源设备是否需要金属外壳来抵御各种危险？
电源将如何保持连接，或者该设备在物理上要如何插入？
振动与冲击：面临强烈振动或冲击的电源可能需要用环氧树脂之类的材料进行灌封。液态树脂固化后，电源装置会变得像砖块一样坚硬。如果你的应用场景需要不同类型的灌封材料，聚氨酯或许是一个合适的替代选择。
在不太严苛的应用中，使用固持胶而非灌封材料可能是正确的选择。固持胶通过将振动降至最低并减轻引脚所受压力来保护电子元件。通常，这些胶水会用于电源印刷电路板组件（PCBA）中较高的元件，比如电容器、变压器，或是其他无源元件和磁性元件。
金属外壳：大多数电源都被置于金属或塑料外壳内。塑料通常更轻且成本更低，但金属外壳往往具有更强的抗冲击性，尤其是在抵御具有高终端速度的物体时。如果你正在设计一款必须具备防弹功能的电源装置，你可能需要一个厚钢制外壳。如果你需要的是防冰雹，那么不同类型、不同厚度的金属可能是最适合的。
连接性：连接器是相互配对的机械装置，这样电能就能从电源源头流向其目的地。连接器需要保持连接状态，但在恶劣环境中，它们始终存在松脱的风险。对于坚固型电源，可能需要具备旋转解锁功能或其他释放机制的连接器。
环境造就了坚固型电源
对于坚固型电源，需考虑的环境因素可分为以下几类：
温度
湿度
盐分
污染物
海拔高度
温度：许多电子元件的设计适用温度范围是0到70摄氏度。不过，将规格说明书上的温度范围与你的应用需求进行对比仍然十分重要。热漂移，即由温度变化引起的性能变化，会影响元件的性能，在大功率应用中尤其如此。
在电源中，用于储存能量的铝电解电容器在极寒条件下会失去其电气性能。虽然有适用于低温环境的铝电解电容器，但它们通常电容量较小，这最终会影响电源的设计。例如，当你在设计一款安装在电线杆上的电源，且该电源要在北极环境中开启摄像头时，这一点就很值得考虑。
高温也会导致元件性能出现很大差异。比如，石油和天然气行业要求电源能够承受高达150摄氏度的高温。在某些情况下，这些电源设备会与安装在大型钻机上的印刷电路板（PCB）配合使用。当钻机高速钻穿岩石时，会产生摩擦并积聚热量，这可能会给连接在钻机上的电源带来问题。
湿度：高湿度会导致水分在电源的电子元件上凝结。反过来，这可能会形成导电通路，从而导致短路和腐蚀。带有适当通风装置的密封外壳可以防止水分进入电源，但有些应用场景可能需要对表面贴装元件进行共性覆膜处理。
盐分：在海洋环境中，腐蚀不仅可能影响电源的内部元件，还会影响其金属外壳。如果铝和另一种金属接触到海水，就可能发生电偶腐蚀。对于这类恶劣的应用场景，可以使用辐照铝，但前提是整个设备要通过盐雾测试。
污染物：各种各样的污染物也会影响电源的性能。在很多情况下，空气中的灰尘是最大的问题。然而，工业环境可能面临不同的风险。例如，在机械加工车间，导电的金属屑可能会产生电弧，从而损坏铣床中的电路板。如果电源与动物密切接触，具有导电性的毛发也可能带来风险。
海拔高度：海拔高度也会影响电源的性能，尤其是在散热方面。由于高海拔地区空气密度较低，对流和强制空气冷却的效果会变差。如果你的产品要在科罗拉多州丹佛市或其他山区使用，这一点就很关键。同样，商用飞机或军用飞机上使用的散热器在飞机飞行时的散热效果不如在地面时好。
坚固型电源中瞬态现象的重要性
坚固型电力电子设备需要一定程度的保护来抵御瞬态现，即电源输入端电压或电流的突然、短时变化。这些瞬态现象表现为电力线路上的尖峰或骤降，可能由雷击等事件引发，雷击可能会导致电压浪涌。这就是为什么电线杆上要安装避雷装置，以及为什么在风暴频发地区比在沙漠气候地区能看到更多这类装置的原因。
不过，雷击并非输入瞬态现象的唯一成因。诸如电动机等感性负载的快速切换，甚至是同一电路上其他设备的用电情况突然变化，也都能触发瞬态现象。
输入瞬态现象：大多数输入瞬态现象是由雷击电源线引起的。这可能会影响建筑物内的设备，但当电源安装在室外，尤其是安装在室外金属电线杆上时，风险会更大。不过，这些上升时间极快、持续时间很短（通常以微秒或毫秒为单位衡量）的瞬态现象，通常也会在工业负载快速开启和关闭时出现。这被称为“线路振铃”现象。
例如，一名工人在工厂车间突然开启一台电焊机。这台电焊机与一台配备可编程逻辑控制器（PLC）的数控机床使用同一根电源线。电焊机产生的电流可能会给连接到这台机床接地端的任何设备引入瞬态电压。如果没有足够的电气隔离，PLC可能会出现故障。
负载瞬态现象：负载瞬态现象是指电路所消耗电流的突然、短暂变化。它们会导致电源负载的快速增加或减少，这可能会引发输出电压的暂时波动。有些电源驱动的容性负载非常大，以至于每次开启时看起来就像发生了短路一样。
负载可能会大幅波动，而且在某些情况下还会出现电能回馈的情况。在工厂车间里，这是个问题，因为那里有重型电动机和其他工业级系统。例如，驱动热泵的电动机平均负载可能为50瓦。但有时，可能需要高达75瓦的额外功率。也有时候会有多达25瓦的电能回馈。
电动机可以充当发电机。当电动机的动能转化回电能时，就会发生这种被称为“能量再生”的过程。
虽然高压瞬态现象有可能损坏电源中的功率晶体管和二极管，但大电流浪涌会导致电路故障，因此需要使用保护机制。
坚固型电源的寿命有多长？
大多数工程师都希望电源的设计能够经受住时间的考验，但它们究竟需要持续使用多长时间呢？通常，应用的类型决定了“长寿命”的定义。例如，许多消费类产品预期的使用寿命仅为五年左右。相比之下，医疗行业使用的医疗设备和其他器械预期使用寿命则为十年或更长时间。工业产品需要使用更长时间，通常在十五年以上。
国防和航空航天电子设备中的电源，对于“长寿命”也有不同的定义。许多军用级电源必须坚固耐用，但也有一些可能只需在单次单程任务期间正常运行即可。与此相反，汽车和其他交通系统核心部位的电源，可能一次就需要持续使用数十年。例如，许多控制列车信号的电力继电器已经服役超过五十年了。
为电源选择的器件也各自有其使用寿命。比如在笔记本电脑中，通常由风扇来提供散热功能。随着时间的推移，风扇会逐渐磨损，滤网也可能会堵塞。至于电源中的铝电解电容器，即便电源设备的设计较为保守，其工作寿命也很少能超过十五年。
对电源“坚固性”的定义取决于应用场景
归根结底，电源设计师需要依据自身的需要来定义“坚固”的概念。目前并不存在一个普遍认可的定义，使一款电源设备具备坚固特性的要素，在另一种情况下可能并不适用，或者在不同的应用场景中这些要素可能并不匹配。不过，通过选择合适的电源制造商，并与他们合作进行定制化设计，就能获得应对这一挑战所需的帮助。
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