開關電源火災故障案例分析和思路探討

姚圣祥

摘要：文章結合社會中頻繁發生火災故障的案例來看，大部分的原因是由電源開關引起，所以針對開關電源的應用必須從實際角度出發，根據不同的問題采取明確開關電源工作原理——結合案例來分析設備發生的故障——借鑒、解決問題的策略探討等過程不斷總結經驗與教訓，才能不斷完善電力電子行業內的技術，增加其安全性與效益性，從而幫助電力電子行業為我國社會的發展提供有益的助力。

關鍵詞：開關電源;火災故障;對策分析

開關電源技術在我國的應用時間是較早的，早在20世紀60年代就已經進入我國，在發展中不斷通過創新、突破來增加技術含量，開關電源的應用極其符合我國電力電子行業的需求，不僅能夠為電子行業提供技術支持以及安全保障，還能促進行業發展，在新階段已知的行業領域有通訊行業、家電行業、計算機行業以及航天等，因為其供電的質量與體積、功率密度等具有非常大的優勢，并且發展逐漸趨于全數控、高頻化的目標，所以無論對于任何電子類行業都有很大裨益。因為科技進步帶來的飛躍無法與人們的生活生產、創新等完全磨合，所以在開關電源應用中產生了大量的問題，本著從現實情況出發解決現狀的角度來思考，如果想要解決問題就必須結合案例來分析開關電源存在的問題，從而提高開關電源自身安全性，為人們的日常生產生活提供保障。

1? 對于開關電源的設置意義與工作原理簡析

1.1? 開關電源的設置意義

開關電源簡單來講屬于電壓轉換的一種電路，利用升壓與降壓的方式實現對電路的控制，使其通過對三極管執行開關行為來實現工作，無論在性能、穩定、體積等方面都遠大于老式變壓器，不僅能實現低成本還可以實現高收入。隨著電子技術的創新與進步，傳統的變壓器已經不能滿足當下生產運營的需求，所以大部分廠家采用的是新型開關電源技術，而新型開關電源與老式變壓器相比具備更低的成本以及更高的功率輸出等優勢，因此在市場內涉及的應用數量更為廣泛。結合現狀來看，因為應用數量的增加以及在各領域之間范圍的擴大，導致開關電源產生的火災事故頻發，而針對開關電源引起的火災故障，需要從全方位了解開關電源的工作原理以及對周邊要素的要求，從而明確問題根源所在，才能進行深入的分析。

1.2? 開關電源的原理簡析

開關電源的歸屬為物理性，其工作原理對于行業內的人員來說并不困難，主要是通過PWM開關在線性電源中實現對IC以及MOSFET的控制，因為功率晶體管本身電壓并不大，在工作中產生的電流就會較大，所以在開關電源執行斷開與閉合的狀態時，為了控制其電壓與電流，利用控制器來增加電路工作的穩定性，從而提升其安全性。

開關電源對于工作條件的要求較為固定，并且其合理性要求更高，如果在工作中出現不符合條件的問題就會導致火災的發生。開關電源的工作主要分為兩種模式：一是調寬方式，二是調頻方式，其中，調寬式在行業領域內的應用頻率更多，并且針對單極性矩形脈沖而言，脈沖的寬度與直流的平均電壓值是成正比的，也可以說直流平均電壓由矩形脈沖的寬度來決定，所以可以得出Uo=Um·T1/T這一公式（Uo=直流平均電壓，T1=寬度，T=周期）。所以只要保證Uo以及T1在Um以及T穩定的情況下持續正比，就能確保電路的正常工作，才能為廠家提供安全的環境。

2? 開關電源設備燃燒故障案例及原因分析

2.1? 開關電源設備燃燒故障案例

2.1.1? 內蒙古某大學手機爆炸案例

隨著開關電源設備技術的突破與進步，開關電源在社會中的應用頻率逐漸增多。同時，許多因開關電源引發的火災故障都與人類的日常生活密切相關。如時間較早的2004年中較有特點并一度成為新聞熱點的某大學出現的手機爆炸案件。具體情況為學生在宿舍休息，手機連接充電器進行日常充電，而在充電途中手機突發爆炸起火。這類生活中的案件在我國出現概率較多，火災主要成因就是開關電源，尤其是20W以內的小功率類開關電源，其發生故障的概率比大功率設備大很多，而小功率設備在人們的日常生活中應用又較為廣泛，所以針對設備燃燒故障這類問題必須加以重視，降低開關電源發生火災故障的概率。

2.1.2? 2020年青島市火災案例

2020年因為全球疫情以及各國存在的不同自然災害，導致國家經濟發展等受到極大的沖擊，并且我國經濟與發展受到的沖擊使得各行業不斷重復“修復”與“緩解”。我國各省市也面臨著復蘇與調整，但是根據青島市火災的統計數量來看，因為電氣出現故障而引發的火災不僅造成了經濟損失，還增加了人員傷亡概率。據統計，青島在2020年發生火災的總數為839起，因為火災造成的經濟虧損高達1184.6萬元人民幣。其中，約4成的火災出自居民宅，因電氣導致的火災超過火災總數的半數以上。青島的火災統計是我國火災數量較大并且時間較近的案例，在當前我國各省市進入修復與調整階段內，因火災而導致的損失在發展的背景下無疑是雪上加霜。

2.2? 案列分析

結合案例進行分析：因為電氣誘發的火災占比是最大的，而電氣中的開關電源是最易出現故障引發火災的關鍵元件，所以針對開關電源存在的問題進行解決是刻不容緩的。手機充電引發火災故障主要是因為開關電源出現的電路與功率等關鍵因素出現問題，如果能夠徹底掌握開關電源的工作系統并及時做出火災發生的預防措施，就能有效降低火災發生的概率以及火災帶來的損失。開關電源的組成主要是由電路組成，而電路分為輸入、逆變、輸出電路，以及保護電路等關鍵元件組合而成（具體電路組成詳細信息參考如下圖1）。

開關電源是整體電路中最易起火的關鍵元件，而其中輸入電路相較于其他因素來說起火的幾率最大。開關電路發生火災故障的原因具體為以下幾點：

電壓超出輸入電路的承受范圍，普通電壓一般為220V，但是其峰值可達300V，并且在整流濾波后可達到300V的直流電壓。同時，浪涌電壓會先對輸入電路進行沖擊，有極大可能發生擊穿絕緣，以及短路和放電等，最終導致電弧的產生，從而誘發火災，并且輸入電路是直接聯結電網的，所以在發生故障時會持續供應電力，增加火災的火勢。因為輸入電路屬于較為關鍵的元件，其聯結的元件較多，其故障直接影響其他電路與元件，如果因為其他元件發生故障與問題，也會直接導致輸入電路的故障。在開關電源中，雖然輸入電路屬于開關電源的一部分，但是其中保護電路的保護范圍并不包含輸入電路，這就導致輸入電路易發生火災的關鍵原因之一。

在整個開關電源中，逆變電路以及變壓器的開關也會接觸到較高的電壓，所以導致開關被高壓擊穿的可能性非常大，如果出現熔焊性對地短路，那么就會導致火災的發生。

在開關電源中脈沖調制以及保護電路都具備電流較小、電壓較低的特點，不會直接引發電路的火災，而如果出現問題并且不能及時發現，就會導致電路失控，從而造成其他電路出現問題誘發火災。

2.3? 分析總結

根據案例以及分析可以得知，大部分居民居住范圍以及企業內部出現的火災多是由于開關電源出現故障發生火災，在開關電源中的關鍵因素就是輸入電路的故障，因為電路出現問題致使壓力與電流等不穩產生電弧，并且經過電網的持續供電造成火災不斷擴大，從而增加人員傷亡的概率并擴大了火災范圍。

3? 導致火災故障的多方成因分析

3.1? 小功率開關電源應用較廣泛，其設計與功率存在問題

無論是居民住宅還是企業經營活動范圍，小功率的開關電源導致火災都是較為關鍵的因素，因為小功率電源開關設計相對來說較為簡約，并且為了方便人們的轉移與使用，設計者通常會減少其體積，減少體積的同時就面臨著電源內的元件密度增加，并且減少應有的安全措施，如保險絲等。所以就導致小功率電源開關出現漏電、爬電等問題，并且小功率的開關電源還會導致元件的使用耐性減少、散熱功能降低，降低了安全質量，提高了火災引發的概率。雖然在阻抗方面小功率與大功率的開關電源是一樣的，若出現短路，無異于是為火災發生創造了條件。

3.2? 使用偽劣產品以及使用不當導致的火災

隨著我國電子科技以及電路系統的創新與進步，人們對于電子設備需求日益增加，所以在電子市場中就頻頻出現黑心商家以次充好的現象，而消費者和各企業因為沒有對電路系統與電子設備有詳細的認識，導致劣質商品充斥人們的生活與生產，從而大大增加了火災隱患。

同時，個人在使用開關電源中的不當也會導致火災的發生，因為人們對開關電源的不了解，導致在選購和使用中較為輕視安全問題，并且認為小功率開關電源功率較低并不會真正引發火災，所以在使用時不注意安全事項以及規范程度。例如文內某大學手機爆炸案例，案例中的同學很可能是因為在充電后沒有及時對電源進行切斷，長期把充電器插在插座里，所以導致開關電源一直處于待機狀態，所以一旦發現猛烈的電流電壓沖擊或者內部出現故障，不僅會導致火災，嚴重的還會造成傷亡。在人們的日常生活中，這種現象時常發生，甚至因為手機、電腦等電子設備的普及，增加了火災發生的風險，所以文章針對開關電源導致的火災問題進行探究是非常有必要的，及時對人們日常存在的火災隱患行為以及開關電源使用規范進行分析，可以有效提高人們的防范意識，從而減少電氣引發火災事故的現象，提高電器、電子產品的使用安全。

4? 降低或杜絕開關電源引發火災的分析探討

4.1? 加強質量監管，普及電子設備安全知識

根據案例可知，無論是人們的日常生活中，還是在我國經濟的發展上，火災的發生往往會產生令人悲痛的結果，因為人們的不重視以及對開關電源設備的認識不全面，導致因電氣產生的事故頻頻發生，根據實際情況，需要利用客觀、辯證的眼光去看待，究其原因并提出具體的解決措施，才能降低、杜絕因開關電源引發的火災。

縱觀當前電子產品的市場，因人們對電子產品的需求增加，導致市場中屢屢出現劣質的電子產品，因為其內部設計較為簡單，安全系數不夠，消費者以及各企業選購后如同帶回了一顆“不定時炸彈”，除了會降低使用體驗，還會隨時發生爆炸和火災，所以人們在生活中一定要具備一定的開關電源知識，才能避免選購劣質的電子產品。相關部門以及地區內部安全管轄部門可以定期組織開關電源的安全培訓，在基層群眾中不斷深化電子產品質量的重要性以及開關電源與人們生活的關聯性，幫助群眾掌握開關電源的基礎知識，從而降低因為開關電源引發的火災隱患。

4.2? 加強群眾對開關電源引發火災故障的認識

針對劣質商品，相關部門要加強對廠家、商家等售賣小功率設備的企業進行監督并定期排查，避免劣質電子商品流入市場，從而降低因為劣質產品帶來的火災問題，如果發現因劣質商品引發的火災故障，一旦找到原因要及時進行公正嚴明的處理，不僅可以打擊黑心廠商，還能提高人們對安全使用電子產品的認識。同時，開關電源設計者要具有較高的專業能力與安全意識，無論是在電路板設計、濾波電容器的應用等都要符合科學性與嚴謹性。在日常生產與人們的生活中，可以增加開關電源輸入的阻抗，雖然大多數人為了保證企業生產與日常生活使用的電力足夠充分，會減少電源的內阻，但是出于安全起見要適當增加輸入的阻抗，從而增加安全系數，降低火災故障。

5? 結語

綜上所述，根據案例以及實際統計情況來看，火災頻發的原因除了自然災害，大部分是因為企業或居民住宅的電氣設備使用出現了故障，而開關電源是電氣設備中最易發生火災故障的關鍵環節，針對其存在的問題必須進行分析并探討解決策略，從而提高人們對開關電源的保護意識，增強規范使用電氣設備的行為，才能避免因開關電源誘發火災導致的人員傷亡與經濟損失，通過有效手段實現人們對火災隱患以及電氣規范的全面認識。

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Switching power supply fire analysis and discussion

Yao Shengxiang

（Fire and Rescue Section of Pukou District Nanjing Municipal Fire and Rescue Brigade，Jiangsu Nanjing? 210000）

Abstract：The article combined with the frequent cases of fire failure in society， most of the reasons are due to the power switch， so for the application of switching power supply must be from a practical point of view， according to different problems to take a clear working principle of switching power supply - combined with cases to analyze the failure of the equipment， to explore the process of continuous summary of experience and lessons learned， in order to continuously improve the technology within the power electronics industry， increasing its safety and effectiveness， thus helping the power electronics industry to provide a useful contribution to the social development of China.

Keywords：switching power supply;fire failure;countermeasure analysis