一次電路的電容器放電

 

設(shè)備在設(shè)計(jì)上應(yīng)保證在交流電網(wǎng)電源外部斷接處,盡量減小因接在一次電路中的電容器貯存有電荷而產(chǎn)生的電擊危險(xiǎn)，通過(guò)檢查設(shè)備和有關(guān)的電路圖來(lái)檢驗(yàn)其是否合格.檢查時(shí)考慮到斷開(kāi)電源時(shí)通/斷開(kāi)關(guān)可能處于任一位置， 如果設(shè)備中有任何電容器,其標(biāo)明的或標(biāo)稱(chēng)的容量超過(guò)0.1uF，而且接在一次電路上，但該電容器的放電時(shí)間常數(shù)不超過(guò)下列規(guī)定值，則應(yīng)認(rèn)為設(shè)備是合格的: ——對(duì)A型可插式設(shè)備：1秒；和 ——對(duì)永久性連接式設(shè)備和B型可插式設(shè)備：10秒。 有關(guān)時(shí)間常數(shù)是指等效電容量(uF)和等效放電電阻值(M )的乘積，如果測(cè)定等效電容量和電阻值有困難,則可以在外部斷接點(diǎn)測(cè)量電壓衰減，注：在經(jīng)過(guò)一段等于一個(gè)時(shí)間常數(shù)的時(shí)間,電壓將衰減到初始值的37%。

 

如圖1所示在電子產(chǎn)品一次側(cè)電源端接入的電容與電阻并聯(lián)之后，這個(gè)阻容電路相連接的電路里，在交流電的每個(gè)上半周期與每個(gè)下半周期，電容上的電壓的極性都會(huì)隨交流電的變化而變化，從正到負(fù)再?gòu)呢?fù)到正，周而復(fù)始的交替出現(xiàn)。

 

因此，如果并聯(lián)的放電電阻與電容的時(shí)間常數(shù)乘積不能小于等于交流電的半周期時(shí)間，相反地，如果遠(yuǎn)大于半周期時(shí)間的話（R*C＞＞1/2F，按照規(guī)定的最短時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，1秒是交流半周期時(shí)間的100倍！），則電容上必然大部分保留有上半個(gè)正周期里充電得到的正電壓，在下半個(gè)負(fù)周期里，對(duì)電容充電的是負(fù)極性電壓，兩種極性完全相反的電壓必然先中和，使電容上的電荷歸零，然后再充進(jìn)負(fù)極性電壓，這就必然導(dǎo)致電容從電源吸取額外的電流來(lái)滿(mǎn)足中和的需要，從而引起電源部分的電流異常波動(dòng)，最后結(jié)果是激蕩出尖峰高電壓，對(duì)整個(gè)電路產(chǎn)生致命威脅，尤其在電源插頭插拔，電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)和關(guān)閉瞬間所產(chǎn)生的電火花必然存在頻譜豐富的干擾諧波的情形下，以及雷擊給電網(wǎng)所帶來(lái)的強(qiáng)浪涌沖擊的情形下將更為兇險(xiǎn)。

 

毫無(wú)疑問(wèn)（有事實(shí)佐證），在相當(dāng)大的程度上，正是這個(gè)簡(jiǎn)單的阻容并聯(lián)電路上激蕩所產(chǎn)生的尖峰干擾沖擊電壓，成為了無(wú)數(shù)電子設(shè)備內(nèi)部整個(gè)電路系統(tǒng)中引起元器件莫名失效，進(jìn)而出現(xiàn)功能故障乃至事故的主要而隱蔽的根源。

 

道理極其簡(jiǎn)單，因?yàn)檫@條標(biāo)準(zhǔn)從根本上違背了應(yīng)用在交流電場(chǎng)合所必須遵循的電子學(xué)原理，就是阿爾達(dá)時(shí)間常數(shù)公式：R*C ≤1/2F，即并聯(lián)的電容與電阻的時(shí)間常數(shù)乘積，必須小于或等于交流電正弦波半周期時(shí)間！保證每個(gè)半周期里電容都能充分放電。而更為荒謬的事情是，虛線框內(nèi)所表示的是最基本的EMI（電磁干擾）濾波器，其中的放電電阻通常也是遵循上述1秒放電到30%額定電壓的規(guī)定，但大部分EMI濾波器內(nèi)部的X電容邊上，甚至沒(méi)有并聯(lián)放電電阻。之所以在電源電路中接入X電容以及EMI濾波器，原始目的是用來(lái)抑制電磁干擾的，恰恰因?yàn)楹鲆暫瓦`背了應(yīng)用于交流電場(chǎng)合時(shí)應(yīng)該遵循的電子學(xué)基本原理，并聯(lián)接入的放電電阻阻值太大，實(shí)際的客觀效果上卻成為了電磁干擾發(fā)生器，并且會(huì)在電網(wǎng)一側(cè)因雷擊等發(fā)生浪涌沖擊的時(shí)候，不遺余力的推波助瀾，最終釀成惡果。

 

相信不少人都有這樣的經(jīng)驗(yàn)經(jīng)歷：家里每日必開(kāi)必關(guān)的節(jié)能燈，常常在又一次打開(kāi)或關(guān)閉的時(shí)刻損壞，就是因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)瞬間存在不可避免的電火花干擾，而目前的缺陷產(chǎn)品都無(wú)法有效抵御這些干擾沖擊。減小并聯(lián)電阻阻值的同時(shí)，需要增大電阻的功率，原理更簡(jiǎn)單了，電阻阻值的減小自然增加了流經(jīng)電阻的電流，增大了功率消耗，但增加了這點(diǎn)必要的功耗換來(lái)在可靠性，穩(wěn)定性及使用壽命等全面而明顯的改善結(jié)果，是與原理相符的。

 

為了兼顧整個(gè)電源部分的能量轉(zhuǎn)換效率,需要控制住吸收電路的自身功耗,這使得這一類(lèi)的吸收電路基本只能有限的吸收變壓器的漏感能量,對(duì)于來(lái)自電網(wǎng)一側(cè)的尖峰高電壓以及由阻容并聯(lián)電路激蕩而產(chǎn)生的尖峰高壓的吸收能力就極其有限了，因此從電源輸入端引入的尖峰電壓干擾，在經(jīng)過(guò)那個(gè)“阻容式干擾發(fā)生器”不遺余力地推波助瀾之后，不能被吸收掉的那部分尖峰將直接由這個(gè)功率變換電路向后級(jí)傳送,持續(xù)對(duì)后級(jí)電路施加干擾沖擊!富有效率地加速設(shè)備老化失效的進(jìn)程。（一些時(shí)候，出現(xiàn)的超高尖峰電壓將瞬間擊穿變壓器的絕緣，導(dǎo)致充電的手機(jī)端直接帶上交流高壓，這很可能才是南航空姐真正的死亡原因）在這樣的情形下，尖峰高電壓持續(xù)的沖擊極可能導(dǎo)致的,基本是以下幾種結(jié)果了:

1）開(kāi)關(guān)管被加速老化,最后因不能承受高壓而損壞；

2) 開(kāi)關(guān)管可能暫時(shí)完好，但后級(jí)低壓工作電路中最脆弱的關(guān)鍵器件間歇性失?；驌p壞;

3）開(kāi)關(guān)管與后級(jí)電路同時(shí)損壞。

 

以上每一種情況都可能會(huì)導(dǎo)致如充電保護(hù)電路、電池，功能控制電路等,被尖峰沖擊失常導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位或者關(guān)鍵器件損壞，普遍不被關(guān)注的是，這些尖峰電壓的沖擊，只是引起電腦文件系統(tǒng)或者智能手機(jī)文件系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，最后不得不重裝操作系統(tǒng)，這些故障往往被歸咎于電源以外的因素。

 

而在諸如電動(dòng)車(chē)充電器中，如果引起充電時(shí)電池瞬間高壓擊穿短路起火，發(fā)生惡性爆炸事故就基本不可避免了。在第二種情形中，通常會(huì)讓人們?cè)斐梢环N錯(cuò)覺(jué):即認(rèn)為電源品質(zhì)沒(méi)有問(wèn)題,完全是后級(jí)電路損壞的器件自身品質(zhì)不良(或者電池本身質(zhì)量不良)引起的。

 

在絕大多數(shù)的智能手機(jī)所使用的簡(jiǎn)易開(kāi)關(guān)電源充電器中，由于普遍性的將充電器當(dāng)成一個(gè)只要能進(jìn)行電能補(bǔ)給就可以了的裝置，因此連這個(gè)打了折扣的抗干擾部分都省略掉了。最后，在絕大多數(shù)充電器中剩下的所謂的抗干擾措施是：將高壓儲(chǔ)能電解電容一分為二，在中間串入一個(gè)小電感，聊勝于無(wú)地做了一道象征性的攔截門(mén)檻，當(dāng)然擋不住來(lái)自電網(wǎng)一側(cè)的干擾長(zhǎng)驅(qū)直入！后級(jí)那些被宣揚(yáng)得神乎其技的電池保護(hù)板神馬的，僅僅對(duì)一定范圍內(nèi)的直流過(guò)電壓有效，（這些”保護(hù)大神“自身的耐壓極限很少有超過(guò)25V的 ）對(duì)于能置其于死地的尖峰高電壓沖擊，基本只能坐以待斃。尤其在充電中使用手機(jī)時(shí)，充電器的穩(wěn)定性變得極為低下！有時(shí)甚至僅僅一條短消息提示音引起的波動(dòng)，都足以誘發(fā)電池爆炸?。ㄌ卮酥腋?mdash;—小而美的標(biāo)致尤物類(lèi)的充電器絲毫代表不了技術(shù)含金量，尤其在安全方面）

 

按照從阿爾達(dá)時(shí)間常數(shù)延伸出去的整改路線圖，最后僅花費(fèi)極小的成本代價(jià)，即能得到極其穩(wěn)定的輸出電壓，電壓波動(dòng)只有微不足道的0.01V，什么概念呢，就是輸出電壓的穩(wěn)定程度達(dá)到了軍工標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)在效率，在抗雷擊浪涌方面的能力都有全面的提高。可以確保在充電中使用手機(jī)不會(huì)有任何危險(xiǎn)。——無(wú)須接入笨重昂貴的共模電感。以此類(lèi)推，在相應(yīng)的其他性能參數(shù)要求嚴(yán)格的電源中，完全可以因此適當(dāng)減少EMI濾波器的級(jí)數(shù)，降低成本，減小體積，整個(gè)電子行業(yè)得到的卻是夢(mèng)寐以求的更穩(wěn)定，更安全，更長(zhǎng)壽的電源設(shè)備。

 

只要電器設(shè)備的交流電源輸入端需要接入X電容用于吸收來(lái)自電網(wǎng)電源端的干擾，就必然回避不了這個(gè)全面回歸和遵循電子學(xué)基本原理的阿爾達(dá)時(shí)間常數(shù)公式，在向工業(yè)4.0時(shí)代邁進(jìn)的時(shí)刻，了結(jié)這個(gè)貫穿了整個(gè)工業(yè)3.0時(shí)代的基因式BUG，對(duì)整個(gè)世界而言，意義重大。而目前世界上幾乎所有使用交流電源工作的電子設(shè)備中，都可以簡(jiǎn)單而方便的對(duì)這個(gè)電阻進(jìn)行改換，便立即可以使這些設(shè)備處于非常穩(wěn)定安全的電源環(huán)境中，將會(huì)立桿見(jiàn)影地使所有相關(guān)電源及其電子設(shè)備在可靠性，穩(wěn)定性及使用壽命等方面得到全面而徹底的改觀。需要特別督促的是:國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)以及電氣和電子工程師協(xié)會(huì)( IEEE)等相關(guān)機(jī)構(gòu),應(yīng)該盡快完成對(duì)這條安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)正式修訂,你們真的欠世界一個(gè)認(rèn)真的道歉與懺悔。

 

至此,我們甚至完全可以有足夠的理由樂(lè)觀預(yù)見(jiàn): ——世界上將因此而顯著減少各種電器(電氣)設(shè)備故障與事故,以及減少由于這些設(shè)備明顯延長(zhǎng)使用壽命而推遲產(chǎn)生的電子垃圾,以及與之緊密關(guān)聯(lián)的生態(tài)環(huán)境災(zāi)難..... 在不得不淘汰的電器設(shè)備中，其中的零部件，元器件的再利用率將會(huì)顯著增加，因?yàn)樗^無(wú)故失效的原因已經(jīng)基本根除了。