開關(guān)電源火災(zāi)故障案例分析和思路探討

姚圣祥

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

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源;火災(zāi)故障;對策分析

開關(guān)電源技術(shù)在我國的應(yīng)用時間是較早的，早在20世紀60年代就已經(jīng)進入我國，在發(fā)展中不斷通過創(chuàng)新、突破來增加技術(shù)含量，開關(guān)電源的應(yīng)用極其符合我國電力電子行業(yè)的需求，不僅能夠為電子行業(yè)提供技術(shù)支持以及安全保障，還能促進行業(yè)發(fā)展，在新階段已知的行業(yè)領(lǐng)域有通訊行業(yè)、家電行業(yè)、計算機行業(yè)以及航天等，因為其供電的質(zhì)量與體積、功率密度等具有非常大的優(yōu)勢，并且發(fā)展逐漸趨于全數(shù)控、高頻化的目標(biāo)，所以無論對于任何電子類行業(yè)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(chǎn)、創(chuàng)新等完全磨合，所以在開關(guān)電源應(yīng)用中產(chǎn)生了大量的問題，本著從現(xiàn)實情況出發(fā)解決現(xiàn)狀的角度來思考，如果想要解決問題就必須結(jié)合案例來分析開關(guān)電源存在的問題，從而提高開關(guān)電源自身安全性，為人們的日常生產(chǎn)生活提供保障。

1? 對于開關(guān)電源的設(shè)置意義與工作原理簡析

1.1? 開關(guān)電源的設(shè)置意義

開關(guān)電源簡單來講屬于電壓轉(zhuǎn)換的一種電路，利用升壓與降壓的方式實現(xiàn)對電路的控制，使其通過對三極管執(zhí)行開關(guān)行為來實現(xiàn)工作，無論在性能、穩(wěn)定、體積等方面都遠大于老式變壓器，不僅能實現(xiàn)低成本還可以實現(xiàn)高收入。隨著電子技術(shù)的創(chuàng)新與進步，傳統(tǒng)的變壓器已經(jīng)不能滿足當(dāng)下生產(chǎn)運營的需求，所以大部分廠家采用的是新型開關(guān)電源技術(shù)，而新型開關(guān)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(yōu)勢，因此在市場內(nèi)涉及的應(yīng)用數(shù)量更為廣泛。結(jié)合現(xiàn)狀來看，因為應(yīng)用數(shù)量的增加以及在各領(lǐng)域之間范圍的擴大，導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生的火災(zāi)事故頻發(fā)，而針對開關(guān)電源引起的火災(zāi)故障，需要從全方位了解開關(guān)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(guān)電源的原理簡析

開關(guān)電源的歸屬為物理性，其工作原理對于行業(yè)內(nèi)的人員來說并不困難，主要是通過PWM開關(guān)在線性電源中實現(xiàn)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(chǎn)生的電流就會較大，所以在開關(guān)電源執(zhí)行斷開與閉合的狀態(tài)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(wěn)定性，從而提升其安全性。

開關(guān)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(xiàn)不符合條件的問題就會導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。開關(guān)電源的工作主要分為兩種模式：一是調(diào)寬方式，二是調(diào)頻方式，其中，調(diào)寬式在行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)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(wěn)定的情況下持續(xù)正比，就能確保電路的正常工作，才能為廠家提供安全的環(huán)境。

2? 開關(guān)電源設(shè)備燃燒故障案例及原因分析

2.1? 開關(guān)電源設(shè)備燃燒故障案例

2.1.1? 內(nèi)蒙古某大學(xué)手機爆炸案例

隨著開關(guān)電源設(shè)備技術(shù)的突破與進步，開關(guān)電源在社會中的應(yīng)用頻率逐漸增多。同時，許多因開關(guān)電源引發(fā)的火災(zāi)故障都與人類的日常生活密切相關(guān)。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(xué)出現(xiàn)的手機爆炸案件。具體情況為學(xué)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(fā)爆炸起火。這類生活中的案件在我國出現(xiàn)概率較多，火災(zāi)主要成因就是開關(guān)電源，尤其是20W以內(nèi)的小功率類開關(guān)電源，其發(fā)生故障的概率比大功率設(shè)備大很多，而小功率設(shè)備在人們的日常生活中應(yīng)用又較為廣泛，所以針對設(shè)備燃燒故障這類問題必須加以重視，降低開關(guān)電源發(fā)生火災(zāi)故障的概率。

2.1.2? 2020年青島市火災(zāi)案例

2020年因為全球疫情以及各國存在的不同自然災(zāi)害，導(dǎo)致國家經(jīng)濟發(fā)展等受到極大的沖擊，并且我國經(jīng)濟與發(fā)展受到的沖擊使得各行業(yè)不斷重復(fù)“修復(fù)”與“緩解”。我國各省市也面臨著復(fù)蘇與調(diào)整，但是根據(jù)青島市火災(zāi)的統(tǒng)計數(shù)量來看，因為電氣出現(xiàn)故障而引發(fā)的火災(zāi)不僅造成了經(jīng)濟損失，還增加了人員傷亡概率。據(jù)統(tǒng)計，青島在2020年發(fā)生火災(zāi)的總數(shù)為839起，因為火災(zāi)造成的經(jīng)濟虧損高達1184.6萬元人民幣。其中，約4成的火災(zāi)出自居民宅，因電氣導(dǎo)致的火災(zāi)超過火災(zāi)總數(shù)的半數(shù)以上。青島的火災(zāi)統(tǒng)計是我國火災(zāi)數(shù)量較大并且時間較近的案例，在當(dāng)前我國各省市進入修復(fù)與調(diào)整階段內(nèi)，因火災(zāi)而導(dǎo)致的損失在發(fā)展的背景下無疑是雪上加霜。

2.2? 案列分析

結(jié)合案例進行分析：因為電氣誘發(fā)的火災(zāi)占比是最大的，而電氣中的開關(guān)電源是最易出現(xiàn)故障引發(fā)火災(zāi)的關(guān)鍵元件，所以針對開關(guān)電源存在的問題進行解決是刻不容緩的。手機充電引發(fā)火災(zāi)故障主要是因為開關(guān)電源出現(xiàn)的電路與功率等關(guān)鍵因素出現(xiàn)問題，如果能夠徹底掌握開關(guān)電源的工作系統(tǒng)并及時做出火災(zāi)發(fā)生的預(yù)防措施，就能有效降低火災(zāi)發(fā)生的概率以及火災(zāi)帶來的損失。開關(guān)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(guān)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(guān)電源是整體電路中最易起火的關(guān)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(guān)電路發(fā)生火災(zāi)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(fā)生擊穿絕緣，以及短路和放電等，最終導(dǎo)致電弧的產(chǎn)生，從而誘發(fā)火災(zāi)，并且輸入電路是直接聯(lián)結(jié)電網(wǎng)的，所以在發(fā)生故障時會持續(xù)供應(yīng)電力，增加火災(zāi)的火勢。因為輸入電路屬于較為關(guān)鍵的元件，其聯(lián)結(jié)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(fā)生故障與問題，也會直接導(dǎo)致輸入電路的故障。在開關(guān)電源中，雖然輸入電路屬于開關(guān)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(dǎo)致輸入電路易發(fā)生火災(zāi)的關(guān)鍵原因之一。

在整個開關(guān)電源中，逆變電路以及變壓器的開關(guān)也會接觸到較高的電壓，所以導(dǎo)致開關(guān)被高壓擊穿的可能性非常大，如果出現(xiàn)熔焊性對地短路，那么就會導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

在開關(guān)電源中脈沖調(diào)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(fā)電路的火災(zāi)，而如果出現(xiàn)問題并且不能及時發(fā)現(xiàn)，就會導(dǎo)致電路失控，從而造成其他電路出現(xiàn)問題誘發(fā)火災(zāi)。

2.3? 分析總結(jié)

根據(jù)案例以及分析可以得知，大部分居民居住范圍以及企業(yè)內(nèi)部出現(xiàn)的火災(zāi)多是由于開關(guān)電源出現(xiàn)故障發(fā)生火災(zāi)，在開關(guān)電源中的關(guān)鍵因素就是輸入電路的故障，因為電路出現(xiàn)問題致使壓力與電流等不穩(wěn)產(chǎn)生電弧，并且經(jīng)過電網(wǎng)的持續(xù)供電造成火災(zāi)不斷擴大，從而增加人員傷亡的概率并擴大了火災(zāi)范圍。

3? 導(dǎo)致火災(zāi)故障的多方成因分析

3.1? 小功率開關(guān)電源應(yīng)用較廣泛，其設(shè)計與功率存在問題

無論是居民住宅還是企業(yè)經(jīng)營活動范圍，小功率的開關(guān)電源導(dǎo)致火災(zāi)都是較為關(guān)鍵的因素，因為小功率電源開關(guān)設(shè)計相對來說較為簡約，并且為了方便人們的轉(zhuǎn)移與使用，設(shè)計者通常會減少其體積，減少體積的同時就面臨著電源內(nèi)的元件密度增加，并且減少應(yīng)有的安全措施，如保險絲等。所以就導(dǎo)致小功率電源開關(guān)出現(xiàn)漏電、爬電等問題，并且小功率的開關(guān)電源還會導(dǎo)致元件的使用耐性減少、散熱功能降低，降低了安全質(zhì)量，提高了火災(zāi)引發(fā)的概率。雖然在阻抗方面小功率與大功率的開關(guān)電源是一樣的，若出現(xiàn)短路，無異于是為火災(zāi)發(fā)生創(chuàng)造了條件。

3.2? 使用偽劣產(chǎn)品以及使用不當(dāng)導(dǎo)致的火災(zāi)

隨著我國電子科技以及電路系統(tǒng)的創(chuàng)新與進步，人們對于電子設(shè)備需求日益增加，所以在電子市場中就頻頻出現(xiàn)黑心商家以次充好的現(xiàn)象，而消費者和各企業(yè)因為沒有對電路系統(tǒng)與電子設(shè)備有詳細的認識，導(dǎo)致劣質(zhì)商品充斥人們的生活與生產(chǎn)，從而大大增加了火災(zāi)隱患。

同時，個人在使用開關(guān)電源中的不當(dāng)也會導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生，因為人們對開關(guān)電源的不了解，導(dǎo)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(guān)電源功率較低并不會真正引發(fā)火災(zāi)，所以在使用時不注意安全事項以及規(guī)范程度。例如文內(nèi)某大學(xué)手機爆炸案例，案例中的同學(xué)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(dǎo)致開關(guān)電源一直處于待機狀態(tài)，所以一旦發(fā)現(xiàn)猛烈的電流電壓沖擊或者內(nèi)部出現(xiàn)故障，不僅會導(dǎo)致火災(zāi)，嚴重的還會造成傷亡。在人們的日常生活中，這種現(xiàn)象時常發(fā)生，甚至因為手機、電腦等電子設(shè)備的普及，增加了火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險，所以文章針對開關(guān)電源導(dǎo)致的火災(zāi)問題進行探究是非常有必要的，及時對人們?nèi)粘４嬖诘幕馂?zāi)隱患行為以及開關(guān)電源使用規(guī)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(fā)火災(zāi)事故的現(xiàn)象，提高電器、電子產(chǎn)品的使用安全。

4? 降低或杜絕開關(guān)電源引發(fā)火災(zāi)的分析探討

4.1? 加強質(zhì)量監(jiān)管，普及電子設(shè)備安全知識

根據(jù)案例可知，無論是人們的日常生活中，還是在我國經(jīng)濟的發(fā)展上，火災(zāi)的發(fā)生往往會產(chǎn)生令人悲痛的結(jié)果，因為人們的不重視以及對開關(guān)電源設(shè)備的認識不全面，導(dǎo)致因電氣產(chǎn)生的事故頻頻發(fā)生，根據(jù)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(guān)電源引發(fā)的火災(zāi)。

縱觀當(dāng)前電子產(chǎn)品的市場，因人們對電子產(chǎn)品的需求增加，導(dǎo)致市場中屢屢出現(xiàn)劣質(zhì)的電子產(chǎn)品，因為其內(nèi)部設(shè)計較為簡單，安全系數(shù)不夠，消費者以及各企業(yè)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(fā)生爆炸和火災(zāi)，所以人們在生活中一定要具備一定的開關(guān)電源知識，才能避免選購劣質(zhì)的電子產(chǎn)品。相關(guān)部門以及地區(qū)內(nèi)部安全管轄部門可以定期組織開關(guān)電源的安全培訓(xùn)，在基層群眾中不斷深化電子產(chǎn)品質(zhì)量的重要性以及開關(guān)電源與人們生活的關(guān)聯(lián)性，幫助群眾掌握開關(guān)電源的基礎(chǔ)知識，從而降低因為開關(guān)電源引發(fā)的火災(zāi)隱患。

4.2? 加強群眾對開關(guān)電源引發(fā)火災(zāi)故障的認識

針對劣質(zhì)商品，相關(guān)部門要加強對廠家、商家等售賣小功率設(shè)備的企業(yè)進行監(jiān)督并定期排查，避免劣質(zhì)電子商品流入市場，從而降低因為劣質(zhì)產(chǎn)品帶來的火災(zāi)問題，如果發(fā)現(xiàn)因劣質(zhì)商品引發(fā)的火災(zāi)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(chǎn)品的認識。同時，開關(guān)電源設(shè)計者要具有較高的專業(yè)能力與安全意識，無論是在電路板設(shè)計、濾波電容器的應(yīng)用等都要符合科學(xué)性與嚴謹性。在日常生產(chǎn)與人們的生活中，可以增加開關(guān)電源輸入的阻抗，雖然大多數(shù)人為了保證企業(yè)生產(chǎn)與日常生活使用的電力足夠充分，會減少電源的內(nèi)阻，但是出于安全起見要適當(dāng)增加輸入的阻抗，從而增加安全系數(shù)，降低火災(zāi)故障。

5? 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)案例以及實際統(tǒng)計情況來看，火災(zāi)頻發(fā)的原因除了自然災(zāi)害，大部分是因為企業(yè)或居民住宅的電氣設(shè)備使用出現(xiàn)了故障，而開關(guān)電源是電氣設(shè)備中最易發(fā)生火災(zāi)故障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，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(guān)電源的保護意識，增強規(guī)范使用電氣設(shè)備的行為，才能避免因開關(guān)電源誘發(fā)火災(zāi)導(dǎo)致的人員傷亡與經(jīng)濟損失，通過有效手段實現(xiàn)人們對火災(zāi)隱患以及電氣規(guī)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