鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:15580次 | 2018年09月05日
鋰電池充電爆炸的主要原因是什么呢
電源,是一切電子產(chǎn)品的生命之源。
電源存在漏洞缺陷,尤其是普遍都存在的缺陷,尤其,是被廣泛使用在電視,冰箱、空調(diào)等各種家用電器以及各種計(jì)算機(jī),電力電信等電氣設(shè)備上的開關(guān)電源普遍存在這同一個(gè)缺陷,意味著什么?
比薩斜塔佐證過自由落體中的重力加速度,而現(xiàn)在,阿爾達(dá)時(shí)間常數(shù)公式,將佐證——看上去風(fēng)光無限,氣象萬千,頂著人類智慧光環(huán)的整個(gè)電子行業(yè),真不過是一座不折不扣的比薩斜塔!
不可思議的是,這一廣泛影響了整個(gè)世界的電源缺陷,它居然是以一條電子安規(guī)檢測標(biāo)準(zhǔn)的堂而皇之的形式成為貫穿整個(gè)工業(yè)3.0時(shí)代的BUG。
首先給大家描述一個(gè)簡單的電子實(shí)驗(yàn),在2個(gè)1uF/275VAC的X電容2端分別并聯(lián)1兆歐姆(0.25瓦)和10K歐姆(5瓦)的電阻,注意同時(shí)在X電容兩端并聯(lián)數(shù)字萬用表,使用750V交流電壓檔,然后分別依次接上電源插頭在220V市電插座上插拔一下,然后迅速拿開脫離電源——您將會(huì)準(zhǔn)確的觀測到大阻值并聯(lián)的電容兩端會(huì)出現(xiàn)超過600V的高壓殘留(數(shù)字萬用表得到的有效值,如果用示波器,得到的峰值會(huì)更高),而并聯(lián)小阻值的電容兩端將不會(huì)出現(xiàn)超過400V的殘留高壓。
這一實(shí)驗(yàn)證明:想當(dāng)然的通過簡單的加減乘除法計(jì)算得到在無浪涌無干擾的情況下,X電容上不可能出現(xiàn)二倍以上交流電源電壓的結(jié)論是經(jīng)不起實(shí)證的。
對(duì)這個(gè)簡單的阻容并聯(lián)電路,在全世界的各個(gè)電子產(chǎn)品安規(guī)測試標(biāo)準(zhǔn)中,都有基本相同的簡要敘述。
在中國國家標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)GB4943-2001中的敘述文本內(nèi)容是:
2.1.1.7一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),通過檢查設(shè)備和有關(guān)的電路圖來檢驗(yàn)其是否合格.檢查時(shí)考
慮到斷開電源時(shí)通/斷開關(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)稱的容量超過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,如果測定等效電容量和電阻值有困難,則可以在外部斷接點(diǎn)測量電壓衰減,
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)再從負(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?。瑒t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滿足中和的需要,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,電源開關(guān)打開和關(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)所帶來的強(qiáng)浪涌沖擊的情形下將更為兇險(xiǎn)。
毫無疑問(有事實(shí)佐證),在相當(dāng)大的程度上,正是這個(gè)簡單的阻容并聯(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。
道理極其簡單,因?yàn)檫@條標(biāo)準(zhǔn)從根本上違背了應(yīng)用在交流電場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:RC1/2F,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:家里每日必開必關(guān)的節(jié)能燈,常常在又一次打開或關(guān)閉的時(shí)刻損壞,就是因?yàn)樵陂_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。
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,這很可能才是南特種姐真正的死亡原因)
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)開關(guān)管被加速老化,最后因不能承受高壓而損壞;
2)開關(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:即認(rèn)為電源品質(zhì)沒有問題,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)所使用的簡易開關(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,聊勝于無地做了一道象征性的攔截門檻,當(dāng)然擋不住來自電網(wǎng)一側(cè)的干擾長驅(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)的直流過電壓有效,(這些”保護(hù)大神“自身的耐壓極限很少有超過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卮酥腋妗《赖臉?biāo)致尤物類的充電器絲毫代表不了技術(shù)含金量,尤其在安全方面)
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