一、 选型时的核心指标
很多工程师只看电压和电流,这在分析仪中是远远不够的。
- 功率余量: 永远不要让开关电源满载运行。工业标准通常建议负载控制在 60%-80%。如果你的分析仪有加热组件(如采样探头、伴热管),启动瞬间的冲击电流巨大,余量不足会导致电源频繁触发过流保护或寿命缩短。
- 纹波与噪声(Ripple & Noise): 分析仪通常涉及微弱信号处理(如 $\mu A$ 级的传感器电流)。普通工业电源纹波可能在 $100mV$ 以上,这会直接透传到模拟电路中。建议选用低纹波电源,或在输出端加二级线性稳压(LDO)或 LC 滤波。
- 隔离等级: 分析仪经常需要与上位机、PLC 通讯。如果电源的输入输出隔离、输出与地隔离做得不好,很容易通过信号线烧毁 485 芯片或主板。
二、 安装与接地的“夺命坑”
1. 浮地电压与触电感
这是最容易踩的坑。开关电源输入端通常有 Y 电容连接到机壳地(FG)。如果你的设备没有可靠接地,机壳上会带有约 $110V$(输入电压的一半)的感应电压。虽然电流小不至于致命,但足以击穿敏感的传感器输入端,或让维护人员感到明显的“电击”。
为了通过电磁兼容(EMC)认证,开关电源的输入端都会设计一个 EMI 滤波器。在这个电路中,有两个关键的电容,被称为 Y 电容(通常是 CY1 和 CY2)。 连接方式: 一个电容接在火线(L)与机壳地(FG/PE)之间;另一个电容接在零线(N)与机壳地之间。当设备没有接地线时,机壳(FG)处于悬浮状态。此时,这两个 Y 电容在电路上形成了一个串联的分压结构:机壳与大地之间会有一个约 110V 的数值 虽然电压高达 $110V$,但你被电到时只是“麻一下”,通常不会有生命危险。这是因为 Y 电容的容量非常小(电流微弱)
建议操作: 可以用万用表的交流电压档测量一下分析仪机壳对地的电压。如果确实是 $110V$ 左右,请务必检查电源线的三相插头接地端是否连接良好,或者手动在机壳接地柱上拉一根粗线到配电箱的地排上。
2. 接地回路(Ground Loop)
在精密分析仪中,如果模拟地、数字地和电源地(FG)混在一起,开关电源的高频开关噪声会通过地线耦合到采样电路上,导致数值跳变。
- 建议: 采用“单点接地”策略,强电地与弱电地在物理上保持隔离,仅在一点汇合。
三、 电磁兼容性(EMC)与布置
- 物理间距: 不要把开关电源紧贴着高精度变送器或微小信号放大电路放置。电源变压器产生的漏磁会产生感生电动势。
- 线缆分布: 输入交流线(AC)和输出直流线(DC)严禁捆扎在一起。AC 线的噪声会直接感应到 DC 线中。
- 磁珠与电感: 在电源输出口增加磁珠,可以有效抑制高频开关噪声。
总结
- 开关电源输入端必须接地(PE):开关电源内部有共模干扰电容,如果没有接地,会有漏电感,触碰会有麻麻的感觉,还会让系统干扰变大
- 输出端(DC 侧):预留电流余量:实际负载电流最好只占 60–80%,例如需要 5A,就选 7.5A 或 10A 规格
- 散热问题:不要封闭安装:开关电源热量大,必须保证对流通风,至少预留 20mm 上下间距
- 太热 = 性能下降 = 寿命大幅减少 = 提前报废
- 开关电源最怕热,温度每升 10°C,寿命减少一半
- EMC 与干扰控制: 旁边有 MCU/传感器/模拟电路时一定要注意布局。地处理非常重要:数字地、模拟地、保护地规范分开再单点汇总