從一次供電事故看產品的安全性設計

高建國

前不久，筆者親身經歷了一次供電事故，當時我正在辦公室的電腦上碼字，忽然聽到電腦發出了不同尋常的“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，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，導致一部分用戶線路電壓升高，燒毀了一些用電設備，同時要求我排查火災隱患，、然后統計燒毀的用電設備數量和價值。

由于是早晨剛剛上班，好多設備還沒有開機，所以除了幾臺24小時通電的網絡交換機出現問題以外，其它設備安然無恙。

在接下來的事故善后過程中，我參與了被燒毀的網絡交換機的維修工作，共維修網絡交換機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備電壓也由正常供電的220V升高到了380V，導致設備過壓而損壞。

值得思考的是，對由此路線路供電的所有單相用電設備而言，電壓異常升高的情況一樣的，但是他們的表現卻不相同：計算機設備，無論事故發生時處于開機狀態還是處于待機狀態，幾乎都沒有出現問題，電壓恢復正常以后，未經任何處理都可以直接開機使用，手機充電器等小型開關電源一般只需要更換保險絲就能恢復正常。而這幾臺工作在故障線路的網絡交換機情況堪憂，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絡交換機的電源模塊，發現這些網絡交換機如此脆弱的原因是其電源模塊設計存在缺陷，或者說其產品安全性設計不到位。

該電路設計中包含了必需的安規規范用器件，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），電路設計中沒有浪涌電壓關斷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當是正常工作的過程中會出現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，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，電機已經完成啟動，電流恢復正常。但是在網絡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，可連續輸送的功率1386W長達1秒甚至更長。而這款網絡交換機的標稱功率僅僅只有31W！當出現電源故障導致電源電壓由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生的“歪打正著”效果。

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

由此可見，作為產品設計者，應當充分重視產品的安全性設計，并根據產品特點、工作環境等諸多因素給出全面、嚴謹的安全性設計方案，使自己的產品具有更加強大的生命力。