從一次供電事故看產(chǎn)品的安全性設(shè)計

高建國

前不久，筆者親身經(jīng)歷了一次供電事故，當(dāng)時我正在辦公室的電腦上碼字，忽然聽到電腦發(fā)出了不同尋常的“吱吱”聲，與此同時辦公室的照明燈也一下子提高了亮度，我還沒來得及細看，電腦突然關(guān)機黑屏了，燈光也熄滅了，樓道里傳來“啪啪”的爆裂聲，開門以后嗅到一股濃烈的焦糊味兒。

我本能地意識到電源出問題了，趕快跑到各樓層切斷了樓層的電源開關(guān)，逐個屋子檢查有無明火。還沒檢查完，接到上峰的電話，說公司的電力變壓器掛了，導(dǎo)致一部分用戶線路電壓升高，燒毀了一些用電設(shè)備，同時要求我排查火災(zāi)隱患，、然后統(tǒng)計燒毀的用電設(shè)備數(shù)量和價值。

由于是早晨剛剛上班，好多設(shè)備還沒有開機，所以除了幾臺24小時通電的網(wǎng)絡(luò)交換機出現(xiàn)問題以外，其它設(shè)備安然無恙。

在接下來的事故善后過程中，我參與了被燒毀的網(wǎng)絡(luò)交換機的維修工作，共維修網(wǎng)絡(luò)交換機5臺，其中4臺更換壓敏電阻和保險絲，用1.0mm2漆包線代替燒斷的銅箔以后工作正常，但是有一臺做了以上幾項工作后仍沒能救活，不得已更換了整個電源模塊。

事故原因很簡單，公司的電源變壓器副邊采用”Y”型接法給公司電氣設(shè)備供電，由于變壓器自身原因，其副邊一組繞組起火缺相，瞬間造成零線帶上了電壓，由此路線路供電的單相設(shè)備電壓也由正常供電的220V升高到了380V，導(dǎo)致設(shè)備過壓而損壞。

值得思考的是，對由此路線路供電的所有單相用電設(shè)備而言，電壓異常升高的情況一樣的，但是他們的表現(xiàn)卻不相同：計算機設(shè)備，無論事故發(fā)生時處于開機狀態(tài)還是處于待機狀態(tài)，幾乎都沒有出現(xiàn)問題，電壓恢復(fù)正常以后，未經(jīng)任何處理都可以直接開機使用，手機充電器等小型開關(guān)電源一般只需要更換保險絲就能恢復(fù)正常。而這幾臺工作在故障線路的網(wǎng)絡(luò)交換機情況堪憂，不但五臺全部掛掉，而且其中有一臺受到的傷害幾乎是致命的。為此我專門研究了這幾臺網(wǎng)絡(luò)交換機的電源模塊，發(fā)現(xiàn)這些網(wǎng)絡(luò)交換機如此脆弱的原因是其電源模塊設(shè)計存在缺陷，或者說其產(chǎn)品安全性設(shè)計不到位。

該電路設(shè)計中包含了必需的安規(guī)規(guī)范用器件，而且用料很扎實。在防雷防浪涌電壓方面，采用了壓敏電阻（10D471）和慢斷保險絲（3.15A/250V），電路設(shè)計中沒有浪涌電壓關(guān)斷TOP246YN的電路。

該電路中10D471主要作用是防雷，查表可以得到，其壓敏動作電壓為470V，最大允許電壓為300V/AC、385V/DC，最大功耗0.4W，最大允許電流2500A，其對1.2V/20KHz和8V/50KHz的混合波的交流阻抗為2ohm。故此按照理論計算的抗雷擊浪涌電壓為5000V，因而從防雷的角度看選擇10D471是沒有問題的。從過壓保護看，一旦輸入電壓達到或超過300V/AC，壓敏電阻就會被永久性擊穿，進而導(dǎo)致保險管熔斷，從而保護后級電路。眾所周知，市電的正常電壓值是220V/AC，其峰值電壓為311V，未達到10D471的壓敏動作電壓，電路工作正常；但是電源故障時會出現(xiàn)380V/AC，峰值電壓將達到537V，此時10D471一定會爆裂，其爆裂前的暫態(tài)大電流必然會熔斷保險絲，使電路斷電從而免于損傷后級。所以如能將10D471更換為更高電壓等級的10D561的話，或許電路就既能防雷又能避免爆掉壓敏電阻了。

而電路中3.15A慢斷保險絲的選擇就更加值得商榷了，首先選擇慢斷保險絲的電路應(yīng)當(dāng)是正常工作的過程中會出現(xiàn)較短時間的較大電流，比如包含有電機的電路中，電機啟動瞬間會有超過額定值幾倍的大電流出現(xiàn)，但這又屬于正常工作所需要的，所以可以采用慢斷保險絲繞過這一大電流，在保險絲熔斷之前，電機已經(jīng)完成啟動，電流恢復(fù)正常。但是在網(wǎng)絡(luò)交換機中沒有這樣特征的電路或負載，完全沒有必要用慢斷保險絲，此外保險絲的電流選擇也有過大之嫌，粗略估算一下在220V/AC，3.15A（保險絲額定電流）工作電流下，可連續(xù)輸送的功率693W長達4個小時，在220V/AV，7.30A（2倍額定電流）工作電流下，可連續(xù)輸送的功率1386W長達1秒甚至更長。而這款網(wǎng)絡(luò)交換機的標稱功率僅僅只有31W！當(dāng)出現(xiàn)電源故障導(dǎo)致電源電壓由220V/AC升高到380V/AC時，保險絲要等待1秒甚至更長時間才會熔斷，在后級電路缺乏其他保護的情況下，后級電路如何能有保全？至于其它幾臺后級電路沒有燒掉的機器可以解釋為，由于壓敏電阻性能能變差，壓敏動作電壓降低而提早動作產(chǎn)生的“歪打正著”效果。

所以，保險絲選擇不當(dāng)，大大降低了該電路在復(fù)雜電源環(huán)境下的適應(yīng)能力，再加上后級電路中沒有加入TOP246YN的過載和浪涌電壓保護，更使得這個產(chǎn)品在面對嚴苛電源條件時變得異常脆弱。

由此可見，作為產(chǎn)品設(shè)計者，應(yīng)當(dāng)充分重視產(chǎn)品的安全性設(shè)計，并根據(jù)產(chǎn)品特點、工作環(huán)境等諸多因素給出全面、嚴謹?shù)陌踩栽O(shè)計方案，使自己的產(chǎn)品具有更加強大的生命力。