電源設計避坑（下）

導讀

產(chǎn)品上量后，通常都會有降成需求。多年來，接觸過不少產(chǎn)品降成案例，在電源上下刀過猛，引發(fā)了產(chǎn)品偶發(fā)性問題，帶來了很不好的負面影響。本文將對這些案例進行總結，提供電源設計參考，確保產(chǎn)品降成不降質量。

在上一期《電源設計避坑（上）》中，我們討論了電源設計中的電源功率、穩(wěn)定性、紋波控制以及尖峰和浪涌的問題，并結合實際案例提出了相應的應對措施。接下來，我們將繼續(xù)探索電源設計的其他關鍵考量因素。

?啟動電流和沖擊電流

電機在啟動時會產(chǎn)生較大的啟動電流和沖擊電流，這可能會對電源造成壓力和不穩(wěn)定。如果電源沒有足夠的承載能力，可能會導致電源過載、電壓波動等問題，從而影響產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。因此，在為電機等大功率設備選擇電源時，需充分考慮其啟動電流和沖擊電流的大小，選擇合適的電源規(guī)格和保護措施。

當電機還未啟動轉速為零時，加上額定380V電壓而啟動，它瞬間的線電流稱為啟動電流，這個啟動電流是從小至大而又回到額定電流。異步電機直接啟動時，其啟動電流最大可達到額定電流的4~7倍，這是對電網(wǎng)造成影響的主要因素。

首先是使電網(wǎng)電壓瞬間下降，俗稱的壓降。特別在電源容量?。娏ψ儔浩魅萘啃。┖痛蠊β孰姍C啟動的情況下，電壓下降更大，不僅使該電機啟動困難，還影響到電源線路上其他電機的正常運行。

電機啟動時的瞬時大電流，對電機本身和電網(wǎng)電源都有非常大的影響。另一方面，過大的啟動電流將使電機和線路上的電能損耗增加，特別是在頻繁啟動、啟動較慢、或啟動過程較長的情況下，電能損耗更大，更容易造成電機嚴重發(fā)熱。所以，只要電機在啟動時對供電線路有壓降影響的都應限制其啟動電流。

啟動電流是指電氣設備（感性負載）在通電的瞬間到運行平穩(wěn)的短暫的時間內的電流變化量，這個電流一般是額定電流的4~7倍。國家規(guī)定，為了線路的運行安全及其它電氣設備的正常運行，大功率的發(fā)動機必須加裝啟動設備，以降低啟動電流。

在電路學中，給負載通電的一瞬間，通常會產(chǎn)生大電流，這就是沖擊電流。這個現(xiàn)象主要體現(xiàn)在容性負載中，例如電容，在上電一瞬間是相當于短路的，瞬間電流理論上是無限大的。但電機（直流和三相）作為感性負載，如果表現(xiàn)其固有機械特性，怎么會有很大的啟動電流呢？

我們知道，電感具有阻止電流變化的作用，能夠瞬間承受較大的電壓，因此感性負載是有助于穩(wěn)定電流的。電機是一種感性負載，但在電機啟動的一瞬間，由于電機定子和轉子之間相對運動的速度幾乎為0，即沒有切割磁場的運動，就不會在電路中產(chǎn)生反電動勢（互感電壓為0），忽略線圈自感的作用。此時，幾乎所有的電壓都加在了電路的電阻上，由于電阻很小，因此電流很大。這就是說，并不是因為電機是感性負載而導致大的沖擊電流，而是因為缺少切割磁場的運動，沒有互感電動勢造成的。

這類電源建議采取軟啟動設計，在電源啟動過程中逐漸改變機械特性，調整電路參數(shù)，使啟動電流逐漸增加到正常值的一種方法，可以避免形成較大的沖擊電流。常見的交流電機的啟動方法有直接啟動、串電阻啟動、自耦變壓器啟動、星三角減壓啟動及軟啟動器和變頻器啟動的方法來減小對電網(wǎng)的影響。

實際案例：某工業(yè)機器人生產(chǎn)線在啟動時，機器人經(jīng)常出現(xiàn)啟動緩慢或無法啟動的問題。經(jīng)過調查和分析，發(fā)現(xiàn)電源在機器人啟動時無法提供足夠的啟動電流，導致機器人無法正常啟動。

應對措施：選擇具有足夠承載能力的電源，以應對電機等大功率設備的啟動電流和沖擊電流。在選擇電源時，應充分考慮設備的啟動電流和沖擊電流的大小，選擇合適的電源規(guī)格和保護措施。此外，還可采取軟啟動電路等輔助措施來降低啟動電流對電源的影響。

?備用電源

在重要場合，如醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心等，需保證電源的穩(wěn)定性和不間斷供電。因此，他們會使用備用電源來應對突發(fā)情況，如電源故障或電力中斷。如果在這些場合中使用了降成的電源方案，可能會導致重要的設備失去電力供應，造成嚴重的后果。因此，對于這些關鍵設備，應選擇可靠的電源方案以確保備用電源的穩(wěn)定性和可靠性。

實際案例：某醫(yī)院在電力中斷后，重要醫(yī)療設備無法正常運行。經(jīng)過調查發(fā)現(xiàn)，該醫(yī)院未配備備用電源，導致重要設備失去電力供應。

應對措施：對于關鍵設備和重要場合，應選擇配備備用電源的方案。備用電源可確保在電源故障或電力中斷時，設備能夠保持正常運行。在選擇備用電源時，應考慮其電力容量、供電時間和可靠性等因素，以確保設備在各種突發(fā)情況下能夠持續(xù)穩(wěn)定運行。

?電源設計余量

在電源設計中留有一定的余量是必要的。如果電源布局設計過于緊湊或負載計算偏低，可能會導致電源過熱或過載，從而影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。因此，在電源設計過程中，應充分考慮負載需求、散熱條件等因素，合理選擇電源的規(guī)格，以確保產(chǎn)品在各種工況下的穩(wěn)定運行。

實際案例：某服務器在運行高負載任務時出現(xiàn)性能下降的問題。經(jīng)過調查和分析，發(fā)現(xiàn)電源在設計時預留的余量過小，導致電源過載而影響服務器的性能。

應對措施：在電源設計時留有適當?shù)挠嗔渴潜匾摹Ｍㄟ^合理計算負載需求和預留適當?shù)挠嗔浚山档碗娫催^載的可能性，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。在關鍵設備和重要場合，應選擇具有更大余量的電源設計，以確保設備在高負載情況下仍能保持穩(wěn)定運行。

?其他注意事項除了選擇合適的電源，以下是進一步的應對措施：

1. 電源電路優(yōu)化

優(yōu)化電源電路設計可提高電源的效率和穩(wěn)定性。通過合理設計電路結構、選擇合適的元件和采取散熱措施等手段，可降低電源內部的功耗和溫升，提高電源的可靠性和壽命。

2. 電源檢測與監(jiān)控

為了及時發(fā)現(xiàn)電源故障或異常情況，可在電源系統(tǒng)中增加監(jiān)控裝置。通過實時監(jiān)測電源的電壓、電流、溫度等參數(shù)，可及時發(fā)現(xiàn)異常并采取相應的處理措施，避免對設備造成損壞。

3. 定期維護和檢查

定期對電源進行維護和檢查可及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題并采取相應的措施。例如，可定期清理電源內部的灰塵和污垢，檢查電源線路是否松動或老化，以確保電源的穩(wěn)定運行。

4. 培訓與知識更新

針對電源方面的知識和技能進行培訓和知識更新，可提高開發(fā)人員和維護人員的專業(yè)水平和工作效率。通過了解電源的基本原理、常見問題及解決方案，他們可更好地應對各種電源相關的問題，減少產(chǎn)品降成帶來的不良后果。

?總結

產(chǎn)品降成從電源上下刀子是一種得不償失的做法，我們需重視電源的選擇和使用。通過合理選擇合適的電源、優(yōu)化電路設計、增加備份或冗余措施、實時檢測與監(jiān)控、定期維護和檢查以及培訓與知識更新等手段，可有效地提高產(chǎn)品的性能、可靠性和安全性，避免因電源問題而引發(fā)的產(chǎn)品故障和損失。