決定開關(guān)電源壽命的元器件，你知道幾個？

決定開關(guān)電源壽命的元器件

1、電解電容器

電解電容器的封口部位會漏出氣化的電解液，這種現(xiàn)象會隨著溫度的升高而加速，一般認為溫度每上升10℃，泄漏速度會提高至2倍。因此可以說電解電容器決定了電源裝置的壽命。

2、風(fēng)扇

球形軸承及軸承的潤滑油枯竭、機械裝置部件的磨損，會加速風(fēng)扇的老化。加之近年的DC風(fēng)扇的驅(qū)動回路開始使用電解電容器等部件，所以有必要將回路部件壽命等因素也一并考慮進去。

3、光電耦合器

電流傳達率（CTR；Current Transfer Ratio）隨著時間的推移會逐漸減少，結(jié)果發(fā)光二極管的電流不斷增大，有時會達到最大限制電流，致使系統(tǒng)失控。

4、開關(guān)

多數(shù)開關(guān)電源設(shè)有電容器輸入型的整流回路，在通入電源時，會產(chǎn)生浪涌電流，導(dǎo)致開關(guān)接點疲勞，引發(fā)接觸電阻增大及吸附等問題。理論上認為，在電源期望壽命期間，開關(guān)的通斷次數(shù)約有5,000回。

5、沖擊電流保護電阻、熱敏功率電阻器

為抵抗電源通入時產(chǎn)生的沖擊電流，設(shè)計者將電阻與SCR等元件并聯(lián)起來使用。電源通入時的電力峰值高達額定數(shù)值的數(shù)十倍至數(shù)百倍，結(jié)果導(dǎo)致電阻熱疲勞，引起斷路。處在相同情況下的熱敏功率電阻器也會發(fā)生熱疲勞現(xiàn)象。

各元器件壽命的評估計算

1、電解電容器

1.1 壽命性能

電解電容器的壽命結(jié)束形式為磨損故障，決定壽命的主要因素為靜電容量、損失角的正切（tanδ）、漏電流等。隨著時間的推移，靜電容量減少，tanδ增大。漏電流在外加電壓時有增加的趨勢，所以對負荷的壽命影響不大。

1.2 壽命的判定

用百分比來表示靜電容量相對于起始值的變化率，一般達到－20%以下時即告壽命結(jié)束。tanδ的值在超過規(guī)定值時壽命結(jié)束。漏電流在零負荷的情況下有增加的趨勢，同理，在超過規(guī)定值時壽命結(jié)束。

1.3 影響壽命的主要原因

前面講到的特性之所以會產(chǎn)生劣化，其主要原因在于電解液。隨著溫度的上升，電解液氣化，經(jīng)電容器的封口部位向外泄漏，內(nèi)部的電解液不斷減少。隨著電解液量的減少，tanδ會逐漸增大，結(jié)果，脈沖電流經(jīng)由時產(chǎn)生的發(fā)熱量增大，又進一步加快了劣化過程。這種關(guān)系如圖1所示。

圖1

左圖：電解液的減少與容量變化

右圖：電解液量與tanδ變化

1.4 壽命的推算

鋁電解電容器的近似壽命可以由環(huán)境溫度與脈沖電流引起的自發(fā)熱溫度中推得。下面的式子表現(xiàn)了壽命與環(huán)境溫度之間的關(guān)系。

測定脈沖發(fā)熱的升溫值時，需避開其它熱輻射。另外，小型電解電容器受熱極易升溫，最好進行表面溫度實測。

2、光電耦合器

GaAs系的紅外發(fā)光二極管多使用光電耦合器。這種發(fā)光二極管的發(fā)光效率的退化會導(dǎo)致CTR（電流傳達率）下降，其它的CTR劣化形式還有芯片面的光結(jié)合樹脂剝離。溫度越高，CTR的下降也越快。同時，二極管電流越大，CTR下降也越快。圖 2標明了這些因素間的關(guān)系。

圖2

左圖：保存溫度對CTR的徑時變化

右圖：動作試驗與CTR的徑時變化

CTR降至起始值的50%所耗的時間稱為半衰期。電源回路的統(tǒng)計中以此為限界值，所以可以認為半衰期就是壽命時間。通常條件下，半衰期為5萬～10萬小時，但所有的光電耦合器都具有如圖3所示的壽命值，因而在進行壽命評估之前最好確認一次。

圖3光電偶合器的壽命特性

3、風(fēng)扇

風(fēng)扇的壽命受軸承及球形軸承的磨損程度影響。軸承部分因旋轉(zhuǎn)而發(fā)熱，風(fēng)扇自身雖能進行一定程度的冷卻，但不能從根本上解決發(fā)熱問題。測出軸承部位的升溫值，升溫值越小，質(zhì)量越好，由此來選擇合適的制造商。

軸承部位的潤滑油干枯及軸承的磨損導(dǎo)致轉(zhuǎn)數(shù)下降，噪音增大，加快了壽命的終結(jié)。關(guān)于轉(zhuǎn)數(shù)的減少，各制造商的標準不盡相同，但一般以起始值的3～5%為上限。壽命隨著溫度的上升而縮短。普通的 DC 無刷電動機在40℃的環(huán)境下，壽命約為 40,000小時，廉價的金屬軸承風(fēng)扇約為10,000小時。圖4標出了風(fēng)扇的壽命的特性值。

圖4 DC無風(fēng)扇的壽命特性

另外，DC風(fēng)扇的壽命還受內(nèi)臟部分——電動機驅(qū)動回路影響。風(fēng)扇中經(jīng)常會用到鋁電解電容器，因此有必要將電容器拆開檢查（鋁電解是 105℃）。

4、防浪涌電阻

電阻的穩(wěn)定性高，故障率為1FIT以下，壽命極長，所以平時使用時無需特別留意。

沖擊電流防護回路中使用的像電阻器一樣帶有浪涌電力的元件，會因為開關(guān)的循環(huán)而發(fā)生熱疲勞，導(dǎo)致斷路。浪涌電力、持續(xù)時間和循環(huán)次數(shù)成以下關(guān)系。

帶負荷的衰減波形的耐浪涌特性如圖5所示。將最大的第一波形的峰值電壓(Vp)代入(7)式，可得 Vrms；再代入(8)式，可求得額定電力倍數(shù)。這兩個數(shù)值和衰減時間常數(shù)r都適用于圖5。該曲線的內(nèi)側(cè)為安全地帶。使用普通的鎳鉻線（耐浪涌）時，約可承受30,000次浪涌。

圖5繞線電阻器的耐浪涌特性

時間常數(shù)是當(dāng)衰減波形的實效值降至第一波形的0.368倍時的時間值，所以其數(shù)值一般從電阻值上的波形照片中獲得。

5、熱敏電阻

5.1 壽命性能

作為沖擊電流防護回路的部件，使用在較小容量（不超過70W）的電源中。電源接入時，電流達到最大值，熱敏電阻隨著溫度的上升，電阻值降低。通常溫度會上升至70～90℃，雖然熱敏電阻采用的是耐熱材料，但熱疲勞仍然會影響其壽命。

制造商方面的壽命規(guī)格：當(dāng)通過最大允許電流時，斷續(xù)負荷的壽命為10,000次循環(huán)。然而，熱敏電阻器在用來防護沖擊電流時，電源通入后，電阻上通過的電流會達到最大允許電流的10～20倍，所以功率循環(huán)的耐用期也會縮短。

5.2 壽命判定

電阻值隨時間的推移而發(fā)生變化，其變化率超過規(guī)定值時，壽命即告終止。熱敏功率電阻在用來防護沖擊電流時，電阻值會逐漸變大。表1列出了熱敏電阻壽命性能規(guī)格。

表1熱敏功率電阻器的壽命性能

6、繼電器、開關(guān)

繼電器和開關(guān)的壽命分兩種：一為機械壽命，一為電壽命。前者由機械部件的磨損程度決定，包括開關(guān)靈活性下降、繼電器工作時間和復(fù)位時間延長等現(xiàn)象。后者主要受絕緣電阻和接點的接觸電阻增大的影響。

以上幾種劣化形式中，最需要引起注意的是電感負載的浪涌電壓引發(fā)的接點電弧現(xiàn)象，以及沖擊電流引發(fā)的接點劣化問題。一般來說，開關(guān)電壓和電流越大，接點壽命越短。功率因數(shù)越小，壽命越短。圖6表示了繼電器的壽命性能。

審核編輯：湯梓紅