談談無觸點穩(wěn)壓器的可靠性

1、談談無觸點穩(wěn)壓器的可靠性    產(chǎn)品的可靠性指標是其質(zhì)量屬性中極為重要的部分。產(chǎn)品的可靠性越高，所需維修保養(yǎng)的費用就越低，從而可盡量減少用戶的開支，并保證用戶設備的正常運行。同時，只有具有高可靠性的產(chǎn)品，才能在市場上具有真正的競爭力。    一、無觸點穩(wěn)壓器產(chǎn)品可靠性的現(xiàn)狀    在現(xiàn)代電源領域，要保證電源裝置能做到精密地控制和可靠地運行，必須采用電力電子技術，在裝置中使用電力半導體器件（可控硅）。電力半導體器件具有效率高、控制性能好、體積小、重量輕、使用可靠等許多優(yōu)點。因此，采用電力電子技術對

2、電力穩(wěn)壓器進行升級換代，已是大功率電力穩(wěn)壓器的主要發(fā)展方向。    上海潘登新電源公司于1999年起，針對市場對新一代大功率穩(wěn)壓電源的需求，投入大量研發(fā)經(jīng)費和技術力量，結(jié)合自身十幾年電力穩(wěn)壓器生產(chǎn)經(jīng)驗，對傳統(tǒng)的大功率補償式電力穩(wěn)壓器進行升級換代改造，終于研制成功DBW5/SBW5型系列大功率無觸點補償式電力穩(wěn)壓器，率先填補了市場空白，并獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局的專利授權(quán)，同時是穩(wěn)壓器行業(yè)唯一被上海市認定為高新技術成果轉(zhuǎn)化企業(yè)。    經(jīng)中科院技術文獻情報中心確認，“潘登”無觸點穩(wěn)壓器多項技術屬國內(nèi)外首創(chuàng)，其整體技術達到了國際同類產(chǎn)品的先進水

3、平。該產(chǎn)品整機無機械操作、無碳刷接觸、無噪聲調(diào)壓、無瞬間斷電、三相全部分調(diào)，響應速度極快，帶雷電浪涌防護及具備所有的保護功能，工作穩(wěn)定可靠，使穩(wěn)壓器實現(xiàn)了長期免維護。容量已做到2000KVA,補償范圍可達±50%，且效率高、運行可靠，系新一代綠色環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品，經(jīng)信息產(chǎn)業(yè)部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對該產(chǎn)品進行檢驗，認定是目前國內(nèi)最先進、容量最大的無觸點穩(wěn)壓器。    隨著無觸點穩(wěn)壓器逐步被市場和用戶認可，眾多穩(wěn)壓器廠家隨后也陸續(xù)推出結(jié)構(gòu)各不相同的無觸點穩(wěn)壓器。由于主電路結(jié)構(gòu)的不同，它們的性能差異往往比較大；加之某些廠家在技術上投入不夠，研究不深；對無觸點穩(wěn)壓器

4、的關鍵器件可控硅模塊的性能、應用也缺乏足夠的試驗和了解；甚至極個別廠家還存在偷工減料，在元器件的選擇上以舊充新，以次充好的行為。凡此種種原因，最后集中反映在產(chǎn)品的可靠性上，造成很多廠家的無觸點穩(wěn)壓器性能極不穩(wěn)定，使用可靠性很差，時間一長，致使許多用戶形成一種誤解，認為目前市場上的無觸點穩(wěn)壓器都不可靠，都不能用，最后都不敢買。    二、“潘登”無觸點穩(wěn)壓器與其它無觸點穩(wěn)壓器的比較    為澄清廣大用戶的一些誤解，我們將市場上的無觸點穩(wěn)壓器給大家作一些分析。    不同主電路結(jié)構(gòu)的無觸點穩(wěn)壓器，主要區(qū)別在于

5、補償電壓的調(diào)節(jié)方式上，它直接關系到穩(wěn)壓器的工作可靠性、動態(tài)響應、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)壓范圍、最大容量、波形失真等性能指標。    目前市場上的無觸點穩(wěn)壓器的主電路大致可分為以下三種類型：    1、自耦調(diào)壓補償式（上海潘登新電源公司專利技術）    此種結(jié)構(gòu)通過控制雙向可控硅的通斷，來切換自耦變壓器的抽頭，從而改變補償變壓器補償電壓的大小和極性，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。    主要優(yōu)點    (1)、由于采用自耦變壓器抽頭分級調(diào)壓，既降低了雙向可控硅的通

6、斷電壓（由220V降至200V以下），又能抑制換檔時產(chǎn)生的浪涌電流（自耦變壓器自身就是一個大功率的電抗器），因而大大地提高了雙向可控硅的工作可靠性。    (2)、由于控制電路中采用了“互鎖隔離”技術（上海潘登新電源公司專利技術），徹底解決了外界干擾造成雙向可控硅誤動作而產(chǎn)生的環(huán)流問題，有效的避免了可控硅器件的損壞。    (3)、由于控制部分主要采用模擬集成電路，因而對惡劣電網(wǎng)環(huán)境的適應能力很強。    2、自耦式    此種結(jié)構(gòu)的無觸點穩(wěn)壓器，是通過控制雙向可控硅的通斷，

7、來直接改變自耦變壓器的變比，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。    主要缺點    由于可控硅直接串接在主電路中，負載電流全部從可控硅中流過，負載電流中的瞬變、波動極易損壞可控硅；而長期通過大電流產(chǎn)生很大熱量，也使可控硅工作在惡劣的工況下，性能劣化，可靠性變差。    另外，采用這種結(jié)構(gòu)來做大容量的穩(wěn)壓器，可控硅容量也需選得很大，這給可控硅余量系數(shù)的確定、可控硅散熱設計均造成很大的困難，極易引起可靠性變差。    相對于自耦式，“潘登”無觸點穩(wěn)壓器的優(yōu)點為：  

8、;  由于“潘登”無觸點穩(wěn)壓器的可控硅不在負載電流的主通路，只是接在調(diào)壓回路中，通過的電流不大，只有負載電流的幾分之一，甚至十幾分之一，二十幾分之一，所以器件的余量系數(shù)可從容選擇，工作時發(fā)熱也不厲害，可控硅能長期可靠工作；同時穩(wěn)壓器的容量也可以做得很大（目前已能生產(chǎn)的最大容量為2000KVA）。    3、純補償式    此種結(jié)構(gòu)是通過雙向可控硅的通斷, 控制補償變壓器組合的投入、退出或改變極性，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。    主要缺點    可控硅通過橋臂形式

9、，直接接在相線與零線之間（220V），因而工作電壓高，換檔時產(chǎn)生的浪涌電流大，極易損壞可控硅；同時，這種電路在可控硅誤導通時，很容易造成相線與零線之間短路，瞬間就會燒毀可控硅，故其可靠性很差。    相對于純補償式，“潘登”無觸點穩(wěn)壓器的優(yōu)點為：    由于“潘登”無觸點穩(wěn)壓器的可控硅網(wǎng)絡位于補償變壓器的輸出側(cè)，且又經(jīng)過自耦變壓器的降壓，則既降低了可控硅的通斷電壓（由220V降至200V或更低），又能抑制換檔時產(chǎn)生的浪涌電流（自耦變壓器自身就是一個大功率的電抗器），因而大大地提高了可控硅的工作可靠性和抗干擾能力。  

10、;  三、“潘登”無觸點穩(wěn)壓器在增強可靠性方面采取的措施    為保證產(chǎn)品具有高可靠性，上海潘登新電源公司采用了一整套科學的方法，下面僅就我們在“可靠性設計”、“可靠性增長”、“可靠性管理”等幾個主要方面采取的措施進行介紹。    1、  可靠性設計措施    （1）、降額設計    為降低失效率，提高產(chǎn)品可靠性，我們在主要元器件參數(shù)的選擇方面，有針對性的適當采用了“降額設計”的方法。如，對可控硅模塊容量，我們已按35倍通態(tài)平均電流ITAV來選擇，這相當于

11、在通常使用的設計余量系數(shù)的基礎上，又增加了一倍。從而使影響無觸點穩(wěn)壓器可靠性的關鍵環(huán)節(jié)得到加強，大大提高了產(chǎn)品的可靠性。    （2）、電磁兼容設計    為防止因穩(wěn)壓器工作現(xiàn)場電磁環(huán)境影響而引起的錯誤或失效，我們采取了不少消除和減少干擾的措施。如，我們采用目前世界上最先進的美國JOSLYN公司的MOV矩陣技術，有效地抑制了可控硅工作期間產(chǎn)生的浪涌尖峰（我公司是美國JOSLYN公司浪涌防護產(chǎn)品在中國的總代理）。另外，我們還加強了電源濾波設計，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。    （3）、散熱設計 &#

12、160;  在散熱設計方面，我們經(jīng)過數(shù)年的摸索改進，設計出一套合理的散熱措施和適用的散熱數(shù)據(jù)，有效的降低了可控硅器件及機箱內(nèi)的溫升，大大減少了因過熱引起的可控硅器件性能劣化和失效。    2、 可靠性增長措施    對于無觸點穩(wěn)壓器，我們十分重視不斷改正產(chǎn)品設計和制造中的缺陷，不斷提高產(chǎn)品可靠性。從1999年第一臺產(chǎn)品出廠至今，我們不斷跟蹤用戶的使用情況，結(jié)合售后服務的反饋信息，不斷分析研究故障來源以及潛在的故障隱患，及時加以改進，并確保在修正設計時不會引進新的故障源。    在產(chǎn)品設計和修正設

13、計階段，我們做過大量的試驗，并一直堅持采用試驗的方法來檢查故障源，爭取在產(chǎn)品設計階段就將故障隱患予以解決。    3、  可靠性管理措施    上海潘登新電源公司嚴格按照ISO9000國際質(zhì)量認證體系進行產(chǎn)品質(zhì)量管理，對產(chǎn)品生產(chǎn)過程、使用過程中發(fā)生的故障和缺陷，建立了一整套完整的采集、整理、反饋、分析、處理系統(tǒng)，從制度上對提高產(chǎn)品的可靠性提供了十分有力的保障。    此外，我們在可控硅、變壓器等主要器件、部件的選用上，也都進行了嚴格的質(zhì)量控制。如，對可控硅模塊，我們加強了對通態(tài)峰值電壓VTM的篩

14、選，盡量將器件溫升控制在較低的范圍內(nèi)；對可控硅門極工藝也提出了更高的要求。對主、副變壓器，我們也采用了損耗小、溫升低、效率高的環(huán)形變壓器結(jié)構(gòu)。    通過幾年的努力，“潘登”無觸點穩(wěn)壓器的可靠性不斷得到提高，至今，產(chǎn)品的平均無故障運行時間已可達10萬小時。    四、關于單片機控制的無觸點穩(wěn)壓器    目前市場上的無觸點穩(wěn)壓器，很多都采用單片機來構(gòu)建控制系統(tǒng)。單片機技術固然優(yōu)點不少，相對比較先進，但它也有弱點，即抗干擾處理比較復雜、困難。而對于大功率電力穩(wěn)壓器，其工作環(huán)境尤其是電磁環(huán)境往往比較惡劣，所以電路結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，應力求簡潔可靠，尤其抗干擾能力要強，才能保證一個較高的工作可靠性。如果為追求時尚，不分場合的盲目應用單片機技術，將是得不償失的。    因此，我們認為，如果對穩(wěn)壓器的主要性能指標沒有多大的改進，還是要慎重對待單片機技術在無觸點穩(wěn)壓器中的應用。