德国普世电源有限公司上海代表处

1  节能电源介绍

    最近以来，在开关电源的领域里关注如何开发节能电源的技术人员愈来愈多了。顾名思义，所谓的节能电源一定与节约用电量有关，那么如何才能实现这个目标？著名的导轨式电源制造商德国PULS电源集团公司（以下简称为PULS公司）在这方面作了大量的研究和开发工作。PULS公司新近推入市场的效率达到95.5 % 的DIMENSION 概念型电源将工业DIN导轨式开关电源的技术推向了一个新的高度，成为进入节能型电源规范的姣姣者之一。

    节能电源的关键就是减少电源损耗， 尽可能的获得最大的提供功率，而要达到这个目的，就必须提高电源的工作效率。

图1  效率和热损耗

    电源的工作效率是指电源的输入功率与输出功率的比率，即：P_out = η?P_in。

    图1分别对效率为80%和95%的960W电源作了比较。可以看到，如果电源的效率从80%提高到95 % 时，这样电源的损耗减少了80%，即用一个 960W的电源一小时就节省近200W 的用电量。如果按每天工作16小时，每年工作250天。单单一年就节省了800 000W用电量。从这个小例子，可以体会到提高电源的效率可节省多少用电量。作为一个工程项目设计者应该充分考虑这个问题了。同时，提高了电源的效率，不仅仅是节省了能量，而且减少了生产成本，更主要的是减少了对环境的污染。

2  节能电源减小了电源热损耗

    采用高效率的节能电压意味着电源内部的热损耗减少，一般来说电源内部的热损由电源能量损耗产生，并被转换成热量，散发到电源部件上，使得电源内的工作温度升高。为了保证电源本身能在允许的温度下工作，必需采用冷却的措施，比方采用大的散热器，使得热量能迅速发散，控制温度的上升。但是散热器的体积大，份量重，给导轨式开关电源的安装带来了很大的问题；或者采用强迫风扇通风的方法，但是风扇本身的质量以及非常差的防尘能力，不能运用在工业现场的环境中，一般地说在工业的环境下工作的电源不采用强迫风扇通风的方法。因此，采用节能电源就自然而然的解决了热损耗的散热问题。尽管 PULS公司的SL强力型电源的体积和重量已经达到了很高的水平，但是DIMENSION概念型开关电源由于成功地解决了热损耗引出的温升问题，跟SL强力型PULS电源相比在体积和重量方面又更上一层楼，跟市场上同类的导轨式开关电源相比，其体积和重量都减少了50% 以上，具体参数见表1、表2。

表1   体积对比

表1   热损耗对比

3  采用节能电源意味着延长了电源的寿命，即电源的可靠性大大提高

    热损耗的增加引起了温度的上升，电子产品长期在高的环境温度下工作，又会加快老化，MTBF时间减少，可靠性下降，电源的损坏也大大加快。根据Arrhenius曲线图可以得到器件的损坏率与温升成指数关系。当工作温度从30℃上升到40℃时，器件的损坏率上升幅度为3.4 倍。当工作温度从70℃上升到80℃时，器件的损坏率上升幅度为2.6倍。 所以温度的高低不仅直接影响到电源的可靠性，同时对电源的每个电子元件的寿命也是有直接的关系。比如，电源中的关键器件―电解电容，它的寿命直接与温度有关，如图2所示。

    从表格中可以看到，温度每上升10度，电解电容的寿命就减少一半。从而也相应地减少了电源的寿命。因此在采购电源时必须了解电源所采用电解电容的测试方式。一般可用在摄氏105度下运行2000小时的电解电容。

图2  温度与电解电容寿命长短的关系

    电源的热损耗问题，延长电源的寿命，提高电源运行的可靠性，唯一的解决办法就是采用节能电源，而要开发节能电源的技术关键是提高电源的工作效率。电源的效率提高了，以上几个问题就可以迎刃而解了。PULS公司从1980年便开始制定了以发展技术创新为目标的新型工业电源，在25年的发展历史中坚持采用国际标准开发和生产出市场上创新、高质量的电源产品，保证了其独特的竞争力与创造力。PULS 电源输入范围宽（单相交流85～264 V，三相交流320～575V和直流85～375 V等）；DC输出范围可调，提供了从功率25W到1000W的最全面的产品系列；通过电源并联技术可达到更广的范围，专门开发的单元和模块可实现冗余应用；DC/DC转换器与电源缓冲器模块补充了其产品范围。DIMENSION概念型导轨式电源效率高于92％。由于PULS电源的高效率使得PULS的电源热损耗极小，大大提高了模块的使用寿命，故障率大大减少；所有的模块都使用对流式冷却方式，从而代替了容易导致故障的风扇和强制通风技术；在-10℃到+60℃的环境下可以保证正常工作；在稍微降低功率的情况下甚至可以在+70℃的温度环境下工作。在全负荷的工作状态下，PULS开关电源的预期使用寿命超过70 000小时，相当于可连续工作8年。实际上，没有什么系统会在这样长的一段时间里一直不停的运转，所以在实际使用中单元的寿命会更长一些。对于统计意义上的值MTBF（所谓的平均故障间隔时间），PULS电源同样达到了一个相当高的水平：超过100万个小时，向实现全工位的节能电源的目标跨近了一大步。