也談開關(guān)電源在智能疏散中的重要性
也談開關(guān)電源在智能疏散中的重要性
文/陳工談消防應(yīng)急照明
開關(guān)電源是集中電源（或應(yīng)急照明配電箱）的核心重要配件，由于GB51309-2018倡導(dǎo)對消防燈具的人性化（低壓要求）和節(jié)能（直流要求）供電要求，奠定了開關(guān)電源在智能疏散系統(tǒng)中的重要位置。 然而，如此重要的核心配件，行業(yè)卻出現(xiàn)了一些廠商違規(guī)在開關(guān)電源這個(gè)重要核心配件上走功率減配、性能低配這種歪門邪道。 以小充大的減配貓膩行為往往會導(dǎo)致集中電源長期滿載甚至超載運(yùn)行而使系統(tǒng)出現(xiàn)“心慌”。 以次充好的低配“偷雞”行為往往會導(dǎo)致集中電源產(chǎn)品性能差劣、故障頻發(fā)、拆板/換板頻繁、使用壽命大減而使系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)“心顫”。 同時(shí)，智能疏散系統(tǒng)的可靠性因此大大降低，給系統(tǒng)運(yùn)行的疏散逃生帶來安全隱患上的“心悸”。 一臺高效優(yōu)質(zhì)的36V/200W開關(guān)電源（AC-DC）成本需要90元以上，而低劣產(chǎn)品只需30~40元。劣幣驅(qū)逐良幣，使一些正規(guī)大廠商和使用單位感到“心塞”。 B）GB17945-2010是12年前頒布施行的規(guī)范（修訂版千呼萬喚不出來），對現(xiàn)行產(chǎn)品性能方面的規(guī)范本身就存在不足（尤其是集中控制類疏散產(chǎn)品），跟不上與時(shí)俱進(jìn)的步伐。 C）之前行業(yè)的兩部國家標(biāo)準(zhǔn)僅強(qiáng)調(diào)對系統(tǒng)及其組成部件的功能規(guī)范，而沒有對各部件的核心配件的重要性能指標(biāo)加以規(guī)范（譬如開關(guān)電源、蓄電池組等的最低保用期壽命、開關(guān)電源的最低電能轉(zhuǎn)換效率、消防燈具光源的最低發(fā)光效率、控制器主機(jī)主要配件的最低配置等）。 D）好不容易盼來了產(chǎn)品檢測標(biāo)準(zhǔn)修訂版GB/T16838-2021頒布施行，還是沒有彌補(bǔ)對以上核心配件重要性能規(guī)范的不足。 長期僅重視產(chǎn)品功能而忽視其性能的結(jié)果，導(dǎo)致行業(yè)低劣產(chǎn)品及主要配件滿天飛，產(chǎn)品價(jià)格沒有最低，只有更低，開關(guān)電源也不例外。 開關(guān)電源的“以小充大”虛標(biāo)低配，一般都是廠商的行為。 部分廠商為了要拿到檢測報(bào)告和認(rèn)證3C證書，其送檢產(chǎn)品是符合規(guī)范要求的“正品”，而銷售產(chǎn)品則是為了降低成本的不合規(guī)“非標(biāo)產(chǎn)品”。 其產(chǎn)品不一致性主要體現(xiàn)在：開關(guān)電源以小充大，虛標(biāo)作假，譬如一些廠商以實(shí)際300W的開關(guān)電源充當(dāng)500W型號去配置集中電源（或應(yīng)急照明配電箱），“小馬拉大車”現(xiàn)象在一些廠商中比較普遍。 主要原因是： ①其銷售端大膽而靈活，主要是“占設(shè)計(jì)院圖紙空子”即利用設(shè)計(jì)的回路功率冗余度大而偷減虛標(biāo)（冗余設(shè)計(jì)的初衷是保障可靠度和開關(guān)電源使用壽命）。 ②部分廠商利用《民規(guī)》GB50352-2019與GB51309-2018在規(guī)范回路帶載燈具數(shù)量上的沖突（即30盞與60盞的不同）而違規(guī)去做功率匹配上的“偷雞”低配。根據(jù)國標(biāo)GB51309-2018規(guī)范的“主電異常下的事故應(yīng)急照明不能截?cái)嘞朗须姟?/span>要求，智能疏散配置的開關(guān)電源，在帶載功率達(dá)120%（即超載20%）時(shí)還能正常運(yùn)行才算合格；而一些廠商銷售產(chǎn)品配用的開關(guān)電源多數(shù)低于額定容量的80%，配置100%算是“有良心者”。 配圖來源：網(wǎng)絡(luò) 心臟有問題，人經(jīng)常會感到發(fā)慌。智能疏散也一樣，性能差劣的開關(guān)電源，也會使系統(tǒng)運(yùn)行“力不從心而發(fā)慌”，故障頻發(fā)，拆板/換板頻繁。 開關(guān)電源的性能在集中電源（或應(yīng)急照明配電箱）乃至整個(gè)疏散系統(tǒng)中占有重要位置，它的正常運(yùn)行對系統(tǒng)非常重要。好比一個(gè)人患有心臟病，怎么能做到高效工作？ 開關(guān)電源的高效性、耐用性突出在其性能指標(biāo)，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面： （1）環(huán)保、高效（電能轉(zhuǎn)換效率高、故障率低）、使用壽命長：好的人格會對社會負(fù)責(zé)，不對社會產(chǎn)生負(fù)面影響。開關(guān)電源也一樣，其輸入進(jìn)線端是公共電網(wǎng)及用戶內(nèi)網(wǎng)，“吃”進(jìn)來的電能，不僅要“吃”得又快又好，還不能亂扔垃圾污物（比喻為高頻整流產(chǎn)生的高次諧波）到大眾場所（比喻為前端公共電網(wǎng)）及用戶內(nèi)網(wǎng)。 好的開關(guān)電源產(chǎn)品一定是： A）有高效EMI設(shè)計(jì)，高次諧波污染少及具有諧波隔離措施（也包括其輸出端）。 B）輸入功率因數(shù)高：利用高頻IGBT整流和PFC功率因數(shù)自行調(diào)節(jié)的電路設(shè)計(jì)，輸入端的電能利用率極高。 有些大品牌廠商的開關(guān)電源產(chǎn)品采用IGBT高效器件結(jié)合軟開關(guān)（即零關(guān)斷）PWM電路設(shè)計(jì)，使開關(guān)耗損降為零，從而使開關(guān)電源整機(jī)的電能轉(zhuǎn)換效率（能效）可高達(dá)0.95。 能效高、發(fā)熱低，采用自冷散熱式（即無軸流風(fēng)機(jī)）設(shè)計(jì)的優(yōu)勢就更加突出，其可靠性、安全性高，使用壽命可長達(dá)6~10年。然而，目前智能疏散行業(yè)多數(shù)廠商為了價(jià)格成本，其配用的開關(guān)電源多數(shù)是采用MOS功率器件（DC-DC變流的脈寬調(diào)制PWM）以及簡化的保護(hù)電路設(shè)計(jì)（低效），成本較低（相差一倍以上）具有價(jià)格優(yōu)勢。但MOS管的導(dǎo)通電阻大，在高壓、大電流應(yīng)用中功耗大，容易熱失控（譬如軸流風(fēng)機(jī)故障等）和過壓、過流而“炸管”，MOS的耐壓界限是250V（電壓范圍窄，一般不能用于B型集中電源的開關(guān)電源），耐高溫特性也比IGBT差很多，過流/過溫是低壓A型開關(guān)電源“炸管”的最大原因，功率較大的MOS管型開關(guān)電源更易“炸管”。瞬態(tài)電壓時(shí)MOS也會受到一定干擾，而IGBT可以處理任何瞬態(tài)電壓和電流（即耐受浪涌電壓和電流沖擊能力很強(qiáng)）。 低劣的開關(guān)電源產(chǎn)品性能差、故障率高、可靠性及耐用性較差，壽命也短（使用壽命一般只有2~3年，具體敘述參見后附的相關(guān)介紹）。另外，差劣的開關(guān)電源輸出波紋相對也較大，如果濾波或隔離欠缺則對集中電源（或應(yīng)急照明配電箱）二總線輸出的電源載波回路易產(chǎn)生通訊干擾，對后端燈具性能和使用壽命也造成影響。問題來了，他們怎么通過產(chǎn)品的檢測認(rèn)證？筆者之前說過，商業(yè)江湖套路多，這里就不多說了。 本段說到開關(guān)電源的功率因數(shù)和能效，筆者最后再補(bǔ)充一下： A）開關(guān)電源整機(jī)能效包括：初始整流端的AC-DC、中間環(huán)節(jié)DC-DC變流（包括PWM脈寬調(diào)制）、后端直流配電的總體能效。多數(shù)智能疏散廠商集中電源的開關(guān)電源是外購的通用型開關(guān)電源成品，有些中間環(huán)節(jié)PWM脈寬調(diào)制（即兩線制電源載波輸出的DC-DC設(shè)計(jì)需要）或組合的BOOST升壓電路為自己設(shè)計(jì)，外購市場通用型開關(guān)電源由于是常規(guī)整流和MOS變流設(shè)計(jì)，輸入功率因數(shù)（能效）較低（與品牌無關(guān)）。 B）開關(guān)電源輸出端因?yàn)槭侵绷鳎€性直流電無輸出功率因數(shù)概念，即開關(guān)電源與燈具之間的功率匹配理論上視為1：1；但由于開關(guān)電源MOS或IGBT開關(guān)損耗的存在（尤其是BOOST升壓電路），“輸出功率因數(shù)”可視為0.95（與后端燈具功率做匹配關(guān)系）。 （2）可靠性、安全性、合規(guī)意識：開關(guān)電源使用的嚴(yán)酷自然環(huán)境條件和電網(wǎng)環(huán)境條件是對其可靠性、安全性的現(xiàn)實(shí)考驗(yàn)，同時(shí)也是其具體性能體現(xiàn)的試金石。開關(guān)電源在自然環(huán)境條件的高溫、高濕度、沿?？諝恹}蝕等場所運(yùn)行，其輸入端電網(wǎng)（消防主電）存在浪涌、感應(yīng)雷電、輸入噪聲耦合干擾的現(xiàn)實(shí)可能狀況，其輸出端的短路保護(hù)性能、過載能力、直流配電恒壓輸出能力等，都是開關(guān)電源具體可靠性、安全性的性能體現(xiàn)。 雖然2022年3月1日國家最新修訂頒布實(shí)施的《國家消防電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)方法及嚴(yán)酷等級》GB/T16838-2021新增了“交流電源端口諧波”等幾條嚴(yán)酷條件，而且新修訂的舊條款也更加“嚴(yán)酷”（參見如下截圖）。
在開關(guān)電源的耐受嚴(yán)酷自然環(huán)境條件方面，集中電源、應(yīng)急照明配電箱廠商需要對其開關(guān)電源的電路板做防潮/防霉/防腐（鹽蝕）的刷漆或噴漆處理（國家主管單位和監(jiān)管部門需要加強(qiáng)此種防護(hù)規(guī)范和事后監(jiān)管），而且對開關(guān)電源成品需做高溫、高濕嚴(yán)酷流程生產(chǎn)工序（執(zhí)行GB/T16838-2021標(biāo)準(zhǔn)）。但部分智能疏散廠商配用的整流端開關(guān)電源因?yàn)槭峭赓彽耐ㄓ眯停贁?shù)會有做防潮/防霉/防腐（鹽蝕）的刷漆或噴漆處理工藝。電能轉(zhuǎn)換效率低而依靠軸流風(fēng)機(jī)散熱的開關(guān)電源，往往內(nèi)部吸塵、積塵會更多，更需要對其電路板進(jìn)行刷/噴漆處理（灰塵帶正電荷，且厚灰塵易吸濕而結(jié)露）。
雖然《開關(guān)電源性能通用規(guī)范》（2020/08/28實(shí)施的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）已列入CQC零部件認(rèn)證范疇（做CCC認(rèn)證,需提供CQC證書）。但是，還是有一些廠商送檢一套、背后一套，即其送檢產(chǎn)品是符合規(guī)范要求的“正品”，而銷售產(chǎn)品則是為了降低成本的不合規(guī)“非標(biāo)產(chǎn)品”。
對于開關(guān)電源的可靠性，行業(yè)還需要關(guān)注一個(gè)易被忽略的要點(diǎn)：應(yīng)急回切沖擊電流的破壞性影響。分析回切沖擊電流，就應(yīng)先搞清開關(guān)電源可靠性與ATS切換時(shí)間的關(guān)系。
在集中電源的應(yīng)用中，ATS（雙電源自動切換開關(guān)）是開關(guān)電源AC-DC直流輸出端與蓄電池電源的互投切換部件，在火警應(yīng)急切換和主電異常的切換中擔(dān)負(fù)重要的作用，因?yàn)橐坏┣袚Q失敗，就意味著集中電源設(shè)備在緊急情況下的失效，帶來的安全隱患和重大事故影響是不可預(yù)測的。
首先，我們要知道什麼是回切沖擊電流？大家知道集中電源的應(yīng)急切換是主電（即消防市電）切換到蓄電池電源的過程，那么“回切”就是應(yīng)急狀態(tài)消除后的蓄電池電源瞬間轉(zhuǎn)回到主電（即消防市電）供電的過程。因這兩個(gè)切換過程都是帶載（往往重載）瞬間切換，存在很大的瞬間沖擊電流。這個(gè)幾倍的沖擊電流如果回饋到功率器件端（MOS管、IGBT）則會給其帶來莫大考驗(yàn)，專業(yè)設(shè)計(jì)工程師一般會使MOS管或IGBT冗余度保留在額定電流的四倍以上，具體倍數(shù)與切換時(shí)間等級（參見后敘）、設(shè)計(jì)的濾波電容器大小等有關(guān)。因此應(yīng)急切換回路的前置開關(guān)電源電容器不僅起濾波消除紋波作用，還需考慮緩沖ATS回切帶來沖擊電流的不利影響，如果開關(guān)電源功率管（MOS管、IGBT）冗余倍數(shù)偏低，或整流后端的濾波電容偏小（有些廠商精算減成本或技術(shù)工程師疏忽了回切沖擊電流因素），則會造成應(yīng)急回切的不可靠性大增。這是應(yīng)急照明行業(yè)所配開關(guān)電源與其它行業(yè)應(yīng)用（譬如計(jì)算機(jī)等IT行業(yè)）完全不同的地方。然而，GB17945-2010和GB/T16838-2021規(guī)范中沒有出現(xiàn)滿載和超載20%切換的表述（即：僅有滿載和超載20%運(yùn)行而沒有“滿載、超載切換”），送檢的集中電源產(chǎn)品是否有檢測超載達(dá)120%的切換項(xiàng)？筆者暫時(shí)不知。
因此，智能疏散廠商開關(guān)電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要根據(jù)應(yīng)急照明這個(gè)特定應(yīng)用場所的性質(zhì)去調(diào)整和選擇。
然而，目前消防應(yīng)急照明行業(yè)的開關(guān)電源極少數(shù)是智能疏散廠商自己設(shè)計(jì)開發(fā)生產(chǎn)，多數(shù)是外購的通用產(chǎn)品（即不分行業(yè)應(yīng)用的大路貨），往往忽視了：
集中電源應(yīng)急轉(zhuǎn)換的ATS回切沖擊電流因素；
開關(guān)電源可靠性與ATS切換時(shí)間的關(guān)系。
會導(dǎo)致開關(guān)電源因耐受ATS回切沖擊電流的性能比較差，故障率高，經(jīng)常出現(xiàn)“炸管”維修的現(xiàn)狀。
尤其是高速切換型，譬如有些廠商產(chǎn)品檢測報(bào)告上標(biāo)示的0.01秒，筆者表示質(zhì)疑。
因?yàn)檗D(zhuǎn)換時(shí)間包括：斷電或來電的檢測時(shí)間T1+主控通訊傳導(dǎo)時(shí)間T2+開關(guān)啟動執(zhí)行時(shí)間T3，接觸器開關(guān)（功率繼電器速度快，但只適合小功率）在10毫秒內(nèi)轉(zhuǎn)換難做到，即使做到了，應(yīng)急后的回切沖擊電流很大（犧牲切換的可靠度），因此沒必要采用如此等級的高速切換設(shè)計(jì)。
（注：GB/T16838-2021、GB17945-2010對送檢產(chǎn)品僅有“通電運(yùn)行”“檢查其工作情況”等表述，而沒有通電滿載、超載20%來回切換運(yùn)行這種硬性要求（如下截圖），這樣會造成出現(xiàn)漏網(wǎng)之魚，筆者建議后續(xù)新修訂的GB17945-2010對此加以完善，杜絕檢測人員“靈活”操作的漏洞）。
另外，切換時(shí)間與可靠性的關(guān)系也很重要，行業(yè)需要了解。
眾所周知，GB 17945—2010規(guī)定蓄電池電源（集中電源）常規(guī)應(yīng)急切換時(shí)間不大于5s，人群密集特殊場所的轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于0.5s，高危險(xiǎn)領(lǐng)域（譬如配電室、危險(xiǎn)品生產(chǎn)設(shè)備的操作等）安全應(yīng)急照明的轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)不大于0.25s（國際IEC標(biāo)準(zhǔn)也如此）。
然而，對于切換時(shí)間與可靠性的關(guān)系知者較少。還有對于“智能疏散”控制器主機(jī)、集控型應(yīng)急照明配電箱通訊單元的蓄電池電源與主電（消防市電）的合理切換時(shí)間要求，知者更少。通訊單元其電源的ATS轉(zhuǎn)換時(shí)間要求是：為了不造成主機(jī)在雙電源切換時(shí)死機(jī)（存在管理數(shù)據(jù)掉失/不利于未來智慧消防大數(shù)據(jù)交互）或通訊端中斷，ATS轉(zhuǎn)換時(shí)間需小于3ms（毫秒），合理的設(shè)計(jì)一般是采用在線式UPS不間斷電源的電路模塊或整機(jī)。可惜GB17945-2010對此并無要求，大概是認(rèn)為無關(guān)緊要還是疏忽？（如下截圖）
下面我們來分析切換時(shí)間、切換設(shè)計(jì)方式與可靠性的關(guān)系：帶載功率較大的集中電源如果起動過快，其ATS開關(guān)會產(chǎn)生很大的暫態(tài)電流沖擊，甚至?xí)p壞功率切換器件，因此，對于大功率回路負(fù)荷均應(yīng)為緩起動特性，且功率越大，起動越緩，可靠性越高。對切換時(shí)間無苛刻要求的應(yīng)用場合一般采用機(jī)械切換開關(guān)進(jìn)行投切，功率較小的集中電源一般采用功率繼電器（速度快/可靠性低/故障率高），功率較大的集中電源一般采用直流接觸器（低速/可靠度高/價(jià)格高）。零切換∶相當(dāng)于在線式直流UPS（不間斷電源）電路設(shè)計(jì)。
切換時(shí)間與可靠性的關(guān)系∶
①低速轉(zhuǎn)換方式是最可靠的集中電源應(yīng)急轉(zhuǎn)換方式，主要用于功率大、電流大的ATS切換設(shè)計(jì)。
②快速轉(zhuǎn)換方式主要用在功率小、電流不大的ATS切換設(shè)計(jì)。
③高速轉(zhuǎn)換方式是以雙電源可能產(chǎn)生環(huán)流、浪涌、短路、起動沖擊等導(dǎo)致的高故障率來換取的。
④轉(zhuǎn)換時(shí)間每提高一個(gè)級別，集中電源的可靠度就下降一個(gè)層次。
⑤在某些毫秒級或零切換的特殊要求場合（譬如控制器主機(jī)自身的應(yīng)急電源切換），建議使用在線式UPS不間斷電源設(shè)計(jì)方式。
然后，一些對系統(tǒng)可靠度要求特別高的重要應(yīng)用領(lǐng)域（譬如地鐵、高鐵站、大型機(jī)場等人員密集、人流量又特別大的高端應(yīng)用場所），為了保證集中電源（或應(yīng)急照明配電箱）運(yùn)行的絕對可靠度，避免因單組（份）開關(guān)電源（行業(yè)目前幾乎均為單組份設(shè)計(jì)）故障失效而發(fā)生重要區(qū)域的應(yīng)急疏散照明癱瘓，譬如集中電源故障造成大片區(qū)域應(yīng)急照明失效而發(fā)生群體踩踏傷亡或火災(zāi)事故等。因此，對于地鐵、高鐵、機(jī)場等特別重要場所的集中電源，很有必要對其開關(guān)電源進(jìn)行串聯(lián)熱備份或雙模組并聯(lián)設(shè)計(jì)（如下圖所示的某地鐵招標(biāo)文件要求）。
開關(guān)電源功率單元的串聯(lián)熱備份或雙模組并聯(lián)設(shè)計(jì)可以參考IT行業(yè)的UPS不間斷電源模式。功率模組的并聯(lián)或串聯(lián)熱備份設(shè)計(jì)在IT行業(yè)的服務(wù)器、計(jì)算機(jī)通訊等應(yīng)急備用供電應(yīng)用中非常普遍也非常成熟。為了最大限度保障核心要害設(shè)備（服務(wù)器、程控交換機(jī)等）的供電可靠性，IT行業(yè)往往對其UPS不間斷電源采取并機(jī)或串聯(lián)熱備份供電的設(shè)計(jì)方式。雙模組并聯(lián)或串聯(lián)熱備份設(shè)計(jì)的A型集中電源原理圖示如下。
需要進(jìn)一步說明開關(guān)電源雙模組并聯(lián)與串聯(lián)熱備份的區(qū)別和設(shè)計(jì)選擇：
1）雙模組并聯(lián)或串聯(lián)熱備份的功能設(shè)計(jì)追求的是其供電可靠度，即以雙倍的功率硬件成本代價(jià)換取更高的可靠度保障。
2）并聯(lián)連接不但可靠性提高了，而且帶載的能力也加強(qiáng)了，因?yàn)槭遣⒙?lián)，在雙機(jī)（兩組功率模塊）中，就具有著兩倍的負(fù)載能力，所以在冗余的情況下，系統(tǒng)的過載和耐沖擊能力比熱備份連接強(qiáng)得多；在非冗余的情況下，它的并聯(lián)可以再增容，這是熱備份連接技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的。
3）并聯(lián)或串聯(lián)熱備份并不能增大集中電源（或應(yīng)急照明配電箱）的組合輸出功率，僅是提高其運(yùn)行的可靠度、過載和耐電流沖擊能力。譬如集中電源內(nèi)部設(shè)計(jì)的兩組100W功率模塊單元以并聯(lián)方式運(yùn)行，其后端匹配最大的燈具總功率一般并不能帶載100W×2=200W，而是仍然為100W（僅為提高、保障供電可靠度）。因?yàn)槿绻敵雠鋷?00W燈具時(shí)，一旦其中一組模塊出現(xiàn)故障，則另一組立即會出現(xiàn)超載到200%（即200W燈具負(fù)載全由一組100W模塊來承擔(dān)）而被保護(hù)出現(xiàn)整機(jī)癱瘓停機(jī)（除非每組模塊的功率冗余度設(shè)計(jì)為200%以上）。
智能疏散應(yīng)用場所的性質(zhì)（使用環(huán)境）已發(fā)生了很大變化：房地產(chǎn)住宅和工業(yè)廠房占據(jù)整個(gè)社會建筑的60%以上，智能疏散應(yīng)用的這個(gè)絕對大頭主流市場已由大城市轉(zhuǎn)移到地級市、縣市鄉(xiāng)鎮(zhèn)。從大型地產(chǎn)商的最近幾年的拿地區(qū)域特點(diǎn)，以及工業(yè)企業(yè)從沿海大城市遷移到內(nèi)地縣市鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)的頻率就是明顯佐證?？h市鄉(xiāng)鎮(zhèn)基層地區(qū)的電網(wǎng)環(huán)境和自然環(huán)境條件相對嚴(yán)酷得多。譬如多灰塵、電網(wǎng)電壓大幅波動、浪涌電壓、雷擊感應(yīng)傳導(dǎo)（縣市鄉(xiāng)鎮(zhèn)的高架電纜有別于大城市的地下管道埋設(shè)電纜）對開關(guān)電源是一大變化中的考驗(yàn)。
（1）多灰塵、潮濕、夏季高溫等的環(huán)境條件：使用環(huán)境已不像以往大城市眾多商超、公建項(xiàng)目那樣理想。開關(guān)電源是集中電源的一個(gè)重要關(guān)鍵配件，其抗（耐）高溫、高濕、多灰層的性能直接影響著集中電源的耐用性（故障率和長期使用壽命）。多灰層的環(huán)境往往在兩三年內(nèi)電路板上就會積壓一定厚度的灰層，尤其是電能轉(zhuǎn)換效率不高（90%以下）的開關(guān)電源一般都具有軸流風(fēng)機(jī)散熱設(shè)計(jì)（一年內(nèi)就會積壓很厚的灰層），春末夏初的空氣潮濕季節(jié)電路板上的厚灰層就會吸濕甚至結(jié)露，造成電路板上的微電路短路、腐蝕斷路等失控故障。
（2）適應(yīng)更嚴(yán)酷電網(wǎng)輸入和自然環(huán)境條件的規(guī)范要求：國標(biāo)GB51309-2018規(guī)范下的“智能疏散”現(xiàn)已大量應(yīng)用于縣市鄉(xiāng)鎮(zhèn)基層住宅和工業(yè)廠房建筑，而基層的縣市鄉(xiāng)鎮(zhèn)級別不良電網(wǎng)環(huán)境條件，譬如電壓大幅波動、持續(xù)高壓或低壓、停電多發(fā)等帶來集中電源內(nèi)部ATS的頻繁切換。自然環(huán)境條件也相對比較嚴(yán)酷，多灰塵、高濕度、鼠患多等等，以及特殊地帶的高海拔低氣壓、晝夜溫差較大，冬季的超低氣溫等特征都需要考慮開關(guān)電源的適應(yīng)使用條件。
這是行業(yè)現(xiàn)在普遍不太重視的地方，將來行業(yè)必然會出現(xiàn)：開關(guān)電源由于目前設(shè)計(jì)沒有認(rèn)識到（意識問題）應(yīng)用場所發(fā)生了較大變化而不加以重視改進(jìn)應(yīng)對，導(dǎo)致以后產(chǎn)品運(yùn)行的故障率較高、安全隱患不斷加大而付出代價(jià)。
因此，行業(yè)需要對集中電源和集控型應(yīng)急照明配電箱采取如下設(shè)計(jì)改進(jìn)措施：
①開關(guān)電源的輸入電壓范圍從GB17945-2010規(guī)定的-15%~+10%放寬到±20%甚至±25%才合理、合適。
理由如下：
新修訂的GB17945（送審稿）草案中筆者見過已修改為±20%，是一個(gè)很大的進(jìn)步（但千呼萬喚未出來）。
可以倒逼行業(yè)廠商采用高效的IGBT整流（大電流優(yōu)勢）和PFC功率因素校正電路設(shè)計(jì)（節(jié)能環(huán)保、可靠性高、使用壽命長）。這是因?yàn)閲鴺?biāo)GB51309-2018規(guī)范下（新增了兩條強(qiáng)制使用條件）的集控型疏散系統(tǒng)已大量應(yīng)用于基層住宅和工業(yè)廠房建筑，而基層的縣市鄉(xiāng)鎮(zhèn)電網(wǎng)環(huán)境條件更差決定的（譬如電壓大幅波動帶來的集中電源內(nèi)部ATS的頻繁切換而加大了故障概率）。
IT行業(yè)（計(jì)算機(jī)、程控通訊等）的UPS不間斷電源（屬于精密電源性質(zhì)）這種相對優(yōu)越應(yīng)用環(huán)境的設(shè)備均采用±25%寬電壓輸入規(guī)范，為何消防應(yīng)急照明這種嚴(yán)酷電網(wǎng)條件卻不采用？
過窄的電壓輸入范圍會導(dǎo)致蓄電池過多頻繁放電，縮短蓄電池壽命和浪費(fèi)儲能資源。
②對開關(guān)電源電路板強(qiáng)制全部采取刷漆等工藝的防護(hù)處理，即加強(qiáng)其防潮、防霉、耐靜電灰塵、耐鹽蝕影響等防護(hù)性能。
③DC-DC變流應(yīng)采用IGBT器件結(jié)合整流PFC功率因數(shù)校正的設(shè)計(jì)（并規(guī)范輸入功率因素應(yīng)不低于0.95）和隔離措施，提高輸入功率因數(shù)并減少高次諧波污染公共電網(wǎng)。
（3）開關(guān)電源多樣化的認(rèn)識：開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)有多種，組合可構(gòu)成多種方式的開關(guān)電源（價(jià)格和性能差異很大）。因此行業(yè)集中電源廠商或使用方需識別各種開關(guān)電源類別的價(jià)格、性能和對應(yīng)的場所功能要求，選出或自造出滿足自己需要的開關(guān)電源定位產(chǎn)品。采購方或使用者也需要“慧眼識真”，低劣品與優(yōu)質(zhì)品的價(jià)格往往相差一倍以上，決定了集中電源這個(gè)“心臟”是健康還是亞健康狀態(tài)。
具體電路結(jié)構(gòu)有：
(A)按驅(qū)動方式分，有自勵式和他勵式。
(B)按DC/DC變換器的工作方式分:
單端正勵式和反勵式、推挽式、半橋式、全橋式等;
降壓型、升壓型和升降壓型等。
(C)按電路組成分，有諧振型和非諧振型。
(D)按控制方式分:
脈沖寬度調(diào)制(PWM)式;
脈沖頻率調(diào)制(PFM)式;
PWM與PFM混合式。
(E)按電源是否隔離和反饋控制信號耦合方式分，有隔離式、非隔離式和變壓器耦合式、光電耦合式等。
最后，筆者留下一段愛業(yè)者的心痛感言：經(jīng)過了上述“看舌頭、把脈、聽心音、做CT和心電圖”的詳細(xì)分析和確診，病癥、病因、病理都明白透徹了。那么，接下來就剩下醫(yī)治用藥，智能疏散行業(yè)需要“速效救心丸”！寄望行業(yè)主管部門能盡早完善“藥典”，盡快給予“下重藥”醫(yī)治。筆者明年再來看看這個(gè)“亞健康”配件產(chǎn)品的復(fù)診記錄。
下滑查看↓ 附：開關(guān)電源的電能轉(zhuǎn)換效率概述 在智能疏散行業(yè)，開關(guān)電源是集中電源和集控型應(yīng)急照明配電箱的關(guān)鍵配件之一。電能轉(zhuǎn)換效率（即能效）是決定集中電源（或集控型應(yīng)急照明配電箱）的耐用性（故障率）、節(jié)能性、使用壽命等的關(guān)鍵性能參數(shù)。 ①300W以上能效低于90%者，其DC-DC功率器件（MOS管等）發(fā)熱比較高，低于85%者其功率器件發(fā)熱更大（特別差劣者）。一般來說，300W以上能效低于90%者需采取設(shè)計(jì)軸流風(fēng)機(jī)對其電路板上的功率散熱器散熱。軸流風(fēng)機(jī)的采用會導(dǎo)致軸流風(fēng)機(jī)自身出現(xiàn)故障時(shí)（長期不間斷運(yùn)行）功率器件（尤其是MOS管）急劇升溫而燒壞/炸裂出現(xiàn)故障。 另外，處在多灰層的環(huán)境中（集中電源和應(yīng)急照明配電箱就是這種應(yīng)用環(huán)境），軸流風(fēng)機(jī)的使用會把周圍過多的灰層帶入機(jī)內(nèi)的電路板上積壓，一般會出現(xiàn)一兩年內(nèi)電路板的灰層積壓就很厚。在春夏之交的空氣潮濕季節(jié)，厚灰層吸濕甚至結(jié)露的電路板易發(fā)故障甚至引發(fā)短路燒毀。因此，能效低于87%者的開關(guān)電源，在多灰層環(huán)境條件下，故障率很高，壽命較短，一般只有2~3年的正常使用壽命，這主要是其特定的多灰塵應(yīng)用環(huán)境和低劣開關(guān)電源性能造成的。此外，低劣的開關(guān)電源產(chǎn)品其輸入端整流產(chǎn)生的高次諧波一般也很高，多數(shù)也沒諧波隔離設(shè)計(jì)（成本因素），諧波大量反饋到用戶端電網(wǎng)也會對供電內(nèi)網(wǎng)產(chǎn)生一定有害影響（主要是對用戶端機(jī)房的通訊設(shè)備、服務(wù)器等高端、精密、貴重設(shè)備的正常運(yùn)行以及使用壽命造成影響和損害）。 ②能效在90%以上者，其功率器件發(fā)熱相對較小，電路板上的功率器件可以依靠設(shè)計(jì)大塊頭鋁柵散熱器來實(shí)現(xiàn)自冷散熱。但在多灰層的環(huán)境時(shí)間長了，鋁柵上覆蓋的厚灰層也會影響了其散熱性能。因此，其因多灰層環(huán)境而產(chǎn)生故障率相對也高一些。 ③能效大于95%以上者，其功率器件發(fā)熱很小，電路板上的功率器件一般依靠設(shè)計(jì)小鋁片與機(jī)柜冷軋鋼板的殼體一側(cè)無縫貼接，依靠柜體（500W以上較大功率者）或單元小殼體（小功率型號）的冷軋鋼板來自冷散熱，其因多灰層環(huán)境而產(chǎn)品的故障率相對就很低。因此，能效大于95%以上者的開關(guān)電源，在多灰層環(huán)境條件下，故障率較低，壽命長，一般有6~8年甚至更長的使用壽命。另外，其輸入端整流電路產(chǎn)生諧波一般也很小，而且正規(guī)廠商一般都有諧波隔離設(shè)計(jì)措施，對供電電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染的不利影響很小。 能效的高低一般決定于三個(gè)因素：輸出電壓等級、功率器件種類的選擇、變流電路的設(shè)計(jì)類型。 1）輸出電壓（及功率）等級：極低壓類型的能效比較低，一般在60%以下（譬如手機(jī)充電器等），A型集中電源（或應(yīng)急照明配電箱）一般為低壓的36VDC或24VDC中功率類型（輸出功率100~800W），能效在80%~95%之間。中功率開關(guān)電源一般在85%以上（個(gè)別特別低劣者在80~85%之間），具體決定于后兩個(gè)因素的設(shè)計(jì)。（注：低于100W稱為小功率是市場的習(xí)慣分類叫法。直流電源包括開關(guān)電源和線性電源；線性電源的能效一般只有60%左右，價(jià)格低，在智能疏散的四線制燈具回路中部分廠商有所采用） 2）功率器件種類的選擇：性能優(yōu)越的中功率開關(guān)電源多采用高效的IGBT功率管做變流設(shè)計(jì)（包括AC-DC整流、中段DC-DC變流或后段直流配電環(huán)節(jié)），再結(jié)合PFC功率因數(shù)自行調(diào)節(jié)的電路設(shè)計(jì)，輸入端的電能利用率高，一些正規(guī)大品牌產(chǎn)品的輸入功率因素高達(dá)0.99。而一些智能疏散廠商的開關(guān)電源產(chǎn)品更多采用的是橋堆整流和MOS管變流方式，MOS優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、高頻特性好（更適合20KHZ以上應(yīng)用場所）；缺點(diǎn)是導(dǎo)通電阻大，在高壓/大電流場合功耗較大/發(fā)熱大/能效低，器件容易壞（即炸管）；MOSFET（MOS）常見的損壞原因就是過壓損壞、過流損壞或者過熱損壞，不常見的損壞原因有因MOSFET驅(qū)動不良而損壞。而IGBT在較大功率場合下表現(xiàn)卓越，其導(dǎo)通電阻小，大電流特性好，耐壓高/不易炸管，但價(jià)格相對較貴。MOSFET多應(yīng)用于一般通用開關(guān)電源、高頻感應(yīng)加熱、高頻逆變焊機(jī)等高頻電源領(lǐng)域；IGBT集中應(yīng)用于高端專用開關(guān)電源、逆變器、變頻器、電鍍電解電源、電焊機(jī)等領(lǐng)域。 3）變流電路的設(shè)計(jì)類型：BUCK（降壓）、BOOST（升壓）、BUCK-BOOST三種變流電路，也決定了開關(guān)電源輸出電壓的類型。BUCK一般為降壓型，BOOST為升壓電路設(shè)計(jì)（譬如由12VDC蓄電池升壓為36VDC電源輸出）、BUCK-BOOST一般設(shè)計(jì)于高/低壓混合輸出的中段變流環(huán)節(jié)（譬如DC36V/216V輸出）。隨著變流環(huán)節(jié)的增多，同等功率的開關(guān)電源其能效逐步遞減：BUCK＞BOOST＞BUCK-BOOST。 因此： A）BUCK優(yōu)秀者的能效可以做到0.95甚至更高，而BOOST、BUCK-BOOST就比較難。 B）BUCK優(yōu)秀者可以設(shè)計(jì)為自冷散熱方式，而BOOST、BUCK-BOOST的較大功率者往往需要再加設(shè)軸流風(fēng)機(jī)來散熱。
（備注：1、本文中的智能疏散是行業(yè)銷售端的簡便俗稱，特指集電集控型應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。2本文中的諸如開關(guān)電源“100W”型號也是銷售端的俗稱，一般指該產(chǎn)品額定容量0.1KVA）
? ? ? ? 江蘇智淼氣體滅火有限公司是一家氣體滅火系統(tǒng)整合，氣體滅火設(shè)計(jì)，組裝，調(diào)試等專業(yè)的氣體滅火系統(tǒng)集成商，我們的產(chǎn)品分“有管網(wǎng)七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)”、“無管網(wǎng)七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)”我們與數(shù)多家氣體控制主機(jī)商深度合作，有利達(dá)氣體控制系統(tǒng)，海灣氣體控制盤，北大青鳥，泰和安等氣體滅火控制系統(tǒng)品牌，智淼君安自主氣體滅火控制柜，本公司專業(yè)從事七氟丙烷、氣溶膠、超細(xì)干粉、IG541氣體、 二氧化碳、泡沫等滅火系統(tǒng)的銷售、安裝及售后服務(wù)為一體的高科技民營企業(yè)。公司技術(shù)力量雄厚，擁有一支專業(yè)的工程設(shè)計(jì)和安裝技術(shù)服務(wù)隊(duì)伍，并建立了完善的質(zhì)量保障和售后服務(wù)管理體系，江蘇氣體滅火管網(wǎng)：http://www.hgynf.com/；氣體滅火服務(wù)熱線：4006-598-119
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