在海綿沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，控制板燒毀是較為嚴(yán)重的故障，其中電源設(shè)計(jì)缺陷往往是重要誘因。

一、電源過(guò)流保護(hù)不足?

1. 案例分析 ：海綿沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)在運(yùn)行半年后，控制板突然冒煙燒毀。經(jīng)檢查，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電源線(xiàn)路中，因長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致某功率電阻性能下降，阻值變小，電流大幅增加。而電源設(shè)計(jì)中僅依靠保險(xiǎn)絲進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，但其熔斷電流設(shè)置過(guò)大（2A），遠(yuǎn)高于該支路正常工作電流（0.5A）。當(dāng)電流上升至 1.5A 時(shí)，保險(xiǎn)絲未能及時(shí)熔斷，持續(xù)的大電流使控制板上的線(xiàn)路板銅箔過(guò)熱，最終引發(fā)控制板燒毀。?
2. 教訓(xùn)總結(jié) ：電源過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)精準(zhǔn)匹配各支路負(fù)載電流。除常規(guī)保險(xiǎn)絲外，建議增加過(guò)流保護(hù)芯片（如 MAX471，可設(shè)置 0.1 - 1A 的過(guò)流閾值），對(duì)關(guān)鍵負(fù)載（如伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、加熱模塊等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一旦電流超過(guò)設(shè)定閾值，芯片迅速切斷電源，避免大電流對(duì)控制板造成不可逆損壞。同時(shí)，定期檢查保險(xiǎn)絲狀態(tài)，確保其在規(guī)定電流下能可靠熔斷。?

二、電源紋波過(guò)大?

1. 案例分析 ：另一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)在測(cè)試過(guò)程中，控制板頻繁出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，隨后控制板部分元件燒毀。深入檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)機(jī)采用的線(xiàn)性電源雖能提供穩(wěn)定的輸出電壓，但紋波較大（峰峰值達(dá) 100mV）。在控制板上，一些對(duì)電源穩(wěn)定性要求極高的模擬芯片（如 AD 轉(zhuǎn)換芯片）受紋波影響，輸出數(shù)據(jù)跳變嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間處于異常工作狀態(tài)，最終因過(guò)熱燒毀，進(jìn)而波及周邊元件，導(dǎo)致控制板大面積損壞。?
2. 教訓(xùn)總結(jié) ：海綿沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)的控制板包含數(shù)字電路和模擬電路，模擬電路對(duì)電源紋波極為敏感。在電源設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇紋波較小的開(kāi)關(guān)電源，如采用同步整流技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源，其紋波可控制在 10mV 以下。若使用線(xiàn)性電源，需在電源輸出端增加多級(jí)濾波電路，如 π 型濾波（由兩個(gè)電容和一個(gè)電感組成），進(jìn)一步降低紋波。同時(shí)，合理布局控制板上的電源線(xiàn)路，模擬電源和數(shù)字電源分開(kāi)布線(xiàn)，并通過(guò)磁珠或電感進(jìn)行隔離，減少相互干擾。?

三、電源散熱設(shè)計(jì)不當(dāng)?

1. 案例分析 ：試驗(yàn)機(jī)在夏季高溫環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行數(shù)小時(shí)后，控制板出現(xiàn)故障，經(jīng)拆解發(fā)現(xiàn)電源芯片及周邊功率元件嚴(yán)重?zé)龤?。該試?yàn)機(jī)電源模塊采用了一款集成度較高的電源芯片，負(fù)責(zé)為整個(gè)控制板供電，芯片正常工作溫度范圍為 - 40℃至 85℃。但在設(shè)計(jì)時(shí)，未充分考慮芯片在滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)的散熱問(wèn)題，僅依靠自然散熱，夏季環(huán)境溫度達(dá) 35℃以上時(shí)，芯片溫度迅速攀升至 120℃，遠(yuǎn)超其耐受溫度，導(dǎo)致芯片內(nèi)部電路損壞，進(jìn)而引發(fā)控制板燒毀。?
2. 教訓(xùn)總結(jié) ：對(duì)于高功率、高集成度的電源芯片，必須進(jìn)行有效的散熱設(shè)計(jì)?？稍谛酒砻姘惭b散熱片，散熱片的材質(zhì)選擇導(dǎo)熱性能良好的鋁合金，且表面積要足夠大，以增加散熱面積。對(duì)于發(fā)熱嚴(yán)重的電源模塊，還可考慮增加散熱風(fēng)扇，采用強(qiáng)制風(fēng)冷的方式降低芯片溫度。同時(shí)，優(yōu)化控制板的布局，將電源模塊放置在通風(fēng)良好的位置，避免周邊元件對(duì)其散熱造成阻礙。此外，通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源芯片溫度，當(dāng)溫度接近警戒值時(shí)，可通過(guò)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速或降低試驗(yàn)機(jī)負(fù)載等方式進(jìn)行散熱保護(hù)。?

四、電源輸入電壓匹配問(wèn)題?

1. 案例分析 ：一臺(tái)進(jìn)口的海綿沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)，在國(guó)內(nèi)使用時(shí)因電源輸入電壓不匹配導(dǎo)致控制板燒毀。該試驗(yàn)機(jī)額定輸入電壓為 110V，而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)市電電壓為 220V。操作人員在接入電源時(shí)，未使用合適的降壓變壓器，直接將試驗(yàn)機(jī)接入 220V 電源。過(guò)高的輸入電壓使電源模塊中的整流橋、濾波電容等元件瞬間承受過(guò)高電壓，元件被擊穿短路，強(qiáng)大的短路電流迅速燒毀控制板上的電源線(xiàn)路及相關(guān)元件。?
2. 教訓(xùn)總結(jié) ：在設(shè)計(jì)和使用海綿沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)時(shí)，務(wù)必確保電源輸入電壓與試驗(yàn)機(jī)額定電壓精確匹配。對(duì)于可能在不同電壓環(huán)境下使用的試驗(yàn)機(jī)，電源設(shè)計(jì)應(yīng)具備寬電壓輸入功能，如采用支持 90 - 264V 輸入的開(kāi)關(guān)電源模塊。若試驗(yàn)機(jī)本身不具備寬電壓輸入能力，在接入不同電壓市電時(shí)，必須使用質(zhì)量可靠的變壓器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，并在電源輸入端設(shè)置明顯的電壓標(biāo)識(shí)和警示標(biāo)志，防止操作人員誤接電壓。同時(shí)，在試驗(yàn)機(jī)內(nèi)部電源模塊前端，增加過(guò)壓保護(hù)電路，當(dāng)輸入電壓超過(guò)額定值一定范圍時(shí)，迅速切斷電源，保護(hù)控制板免受過(guò)高電壓的損害。?

通過(guò)對(duì)這些控制板燒毀事故的分析，可清晰認(rèn)識(shí)到電源設(shè)計(jì)在海綿沖擊疲勞試驗(yàn)機(jī)中的重要性。從過(guò)流保護(hù)、紋波控制、散熱設(shè)計(jì)到電壓匹配等方面進(jìn)行全面優(yōu)化，能有效降低控制板燒毀風(fēng)險(xiǎn)，提高試驗(yàn)機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性，保障測(cè)試工作的順利進(jìn)行。

審核編輯 黃宇