开关电源火灾故障案例分析和思路探讨

姚圣祥

摘要：文章结合社会中频繁发生火灾故障的案例来看，大部分的原因是由电源开关引起，所以针对开关电源的应用必须从实际角度出发，根据不同的问题采取明确开关电源工作原理——结合案例来分析设备发生的故障——借鉴、解决问题的策略探讨等过程不断总结经验与教训，才能不断完善电力电子行业内的技术，增加其安全性与效益性，从而帮助电力电子行业为我国社会的发展提供有益的助力。

关键词：开关电源;火灾故障;对策分析

开关电源技术在我国的应用时间是较早的，早在20世纪60年代就已经进入我国，在发展中不断通过创新、突破来增加技术含量，开关电源的应用极其符合我国电力电子行业的需求，不仅能够为电子行业提供技术支持以及安全保障，还能促进行业发展，在新阶段已知的行业领域有通讯行业、家电行业、计算机行业以及航天等，因为其供电的质量与体积、功率密度等具有非常大的优势，并且发展逐渐趋于全数控、高频化的目标，所以无论对于任何电子类行业都有很大裨益。因为科技进步带来的飞跃无法与人们的生活生产、创新等完全磨合，所以在开关电源应用中产生了大量的问题，本着从现实情况出发解决现状的角度来思考，如果想要解决问题就必须结合案例来分析开关电源存在的问题，从而提高开关电源自身安全性，为人们的日常生产生活提供保障。

1  对于开关电源的设置意义与工作原理简析

1.1  开关电源的设置意义

开关电源简单来讲属于电压转换的一种电路，利用升压与降压的方式实现对电路的控制，使其通过对三极管执行开关行为来实现工作，无论在性能、稳定、体积等方面都远大于老式变压器，不仅能实现低成本还可以实现高收入。随着电子技术的创新与进步，传统的变压器已经不能满足当下生产运营的需求，所以大部分厂家采用的是新型开关电源技术，而新型开关电源与老式变压器相比具备更低的成本以及更高的功率输出等优势，因此在市场内涉及的应用数量更为广泛。结合现状来看，因为应用数量的增加以及在各领域之间范围的扩大，导致开关电源产生的火灾事故频发，而针对开关电源引起的火灾故障，需要从全方位了解开关电源的工作原理以及对周边要素的要求，从而明确问题根源所在，才能进行深入的分析。

1.2  开关电源的原理简析

开关电源的归属为物理性，其工作原理对于行业内的人员来说并不困难，主要是通过PWM开关在线性电源中实现对IC以及MOSFET的控制，因为功率晶体管本身电压并不大，在工作中产生的电流就会较大，所以在开关电源执行断开与闭合的状态时，为了控制其电压与电流，利用控制器来增加电路工作的稳定性，从而提升其安全性。

开关电源对于工作条件的要求较为固定，并且其合理性要求更高，如果在工作中出现不符合条件的问题就会导致火灾的发生。开关电源的工作主要分为两种模式：一是调宽方式，二是調频方式，其中，调宽式在行业领域内的应用频率更多，并且针对单极性矩形脉冲而言，脉冲的宽度与直流的平均电压值是成正比的，也可以说直流平均电压由矩形脉冲的宽度来决定，所以可以得出Uo=Um·T1/T这一公式（Uo=直流平均电压，T1=宽度，T=周期）。所以只要保证Uo以及T1在Um以及T稳定的情况下持续正比，就能确保电路的正常工作，才能为厂家提供安全的环境。

2  开关电源设备燃烧故障案例及原因分析

2.1  开关电源设备燃烧故障案例

2.1.1  内蒙古某大学手机爆炸案例

随着开关电源设备技术的突破与进步，开关电源在社会中的应用频率逐渐增多。同时，许多因开关电源引发的火灾故障都与人类的日常生活密切相关。如时间较早的2004年中较有特点并一度成为新闻热点的某大学出现的手机爆炸案件。具体情况为学生在宿舍休息，手机连接充电器进行日常充电，而在充电途中手机突发爆炸起火。这类生活中的案件在我国出现概率较多，火灾主要成因就是开关电源，尤其是20W以内的小功率类开关电源，其发生故障的概率比大功率设备大很多，而小功率设备在人们的日常生活中应用又较为广泛，所以针对设备燃烧故障这类问题必须加以重视，降低开关电源发生火灾故障的概率。

2.1.2  2020年青岛市火灾案例

2020年因为全球疫情以及各国存在的不同自然灾害，导致国家经济发展等受到极大的冲击，并且我国经济与发展受到的冲击使得各行业不断重复“修复”与“缓解”。我国各省市也面临着复苏与调整，但是根据青岛市火灾的统计数量来看，因为电气出现故障而引发的火灾不仅造成了经济损失，还增加了人员伤亡概率。据统计，青岛在2020年发生火灾的总数为839起，因为火灾造成的经济亏损高达1184.6万元人民币。其中，约4成的火灾出自居民宅，因电气导致的火灾超过火灾总数的半数以上。青岛的火灾统计是我国火灾数量较大并且时间较近的案例，在当前我国各省市进入修复与调整阶段内，因火灾而导致的损失在发展的背景下无疑是雪上加霜。

2.2  案列分析

结合案例进行分析：因为电气诱发的火灾占比是最大的，而电气中的开关电源是最易出现故障引发火灾的关键元件，所以针对开关电源存在的问题进行解决是刻不容缓的。手机充电引发火灾故障主要是因为开关电源出现的电路与功率等关键因素出现问题，如果能够彻底掌握开关电源的工作系统并及时做出火灾发生的预防措施，就能有效降低火灾发生的概率以及火灾带来的损失。开关电源的组成主要是由电路组成，而电路分为输入、逆变、输出电路，以及保护电路等关键元件组合而成（具体电路组成详细信息参考如下图1）。

开关电源是整体电路中最易起火的关键元件，而其中输入电路相较于其他因素来说起火的几率最大。开关电路发生火灾故障的原因具体为以下几点：

电压超出输入电路的承受范围，普通电压一般为220V，但是其峰值可达300V，并且在整流滤波后可达到300V的直流电压。同时，浪涌电压会先对输入电路进行冲击，有极大可能发生击穿绝缘，以及短路和放电等，最终导致电弧的产生，从而诱发火灾，并且输入电路是直接联结电网的，所以在发生故障时会持续供应电力，增加火灾的火势。因为输入电路属于较为关键的元件，其联结的元件较多，其故障直接影响其他电路与元件，如果因为其他元件发生故障与问题，也会直接导致输入电路的故障。在开关电源中，虽然输入电路属于开关电源的一部分，但是其中保护电路的保护范围并不包含输入电路，这就导致输入电路易发生火灾的关键原因之一。

在整个开关电源中，逆变电路以及变压器的开关也会接触到较高的电压，所以导致开关被高压击穿的可能性非常大，如果出现熔焊性对地短路，那么就会导致火灾的发生。

在开关电源中脉冲调制以及保护电路都具备电流较小、电压较低的特点，不会直接引发电路的火灾，而如果出现问题并且不能及时发现，就会导致电路失控，从而造成其他电路出现问题诱发火灾。

2.3  分析总结

根据案例以及分析可以得知，大部分居民居住范围以及企业内部出现的火灾多是由于开关电源出现故障发生火灾，在开关电源中的关键因素就是输入电路的故障，因为电路出现问题致使压力与电流等不稳产生电弧，并且经过电网的持续供电造成火灾不断扩大，从而增加人员伤亡的概率并扩大了火灾范围。

3  导致火灾故障的多方成因分析

3.1  小功率开关电源应用较广泛，其设计与功率存在问题

无论是居民住宅还是企业经营活动范围，小功率的开关电源导致火灾都是较为关键的因素，因为小功率电源开关设计相对来说较为简约，并且为了方便人们的转移与使用，设计者通常会减少其体积，减少体积的同时就面临着电源内的元件密度增加，并且减少应有的安全措施，如保险丝等。所以就导致小功率电源开关出现漏电、爬电等问题，并且小功率的开关电源还会导致元件的使用耐性减少、散热功能降低，降低了安全质量，提高了火灾引发的概率。虽然在阻抗方面小功率与大功率的开关电源是一样的，若出现短路，无异于是为火灾发生创造了条件。

3.2  使用伪劣产品以及使用不当导致的火灾

随着我国电子科技以及电路系统的创新与进步，人们对于电子设备需求日益增加，所以在电子市场中就频频出现黑心商家以次充好的现象，而消费者和各企业因为没有对电路系统与电子设备有详细的认识，导致劣质商品充斥人们的生活与生产，从而大大增加了火灾隐患。

同时，个人在使用开关电源中的不当也会导致火灾的发生，因为人们对开关电源的不了解，导致在选购和使用中较为轻视安全问题，并且認为小功率开关电源功率较低并不会真正引发火灾，所以在使用时不注意安全事项以及规范程度。例如文内某大学手机爆炸案例，案例中的同学很可能是因为在充电后没有及时对电源进行切断，长期把充电器插在插座里，所以导致开关电源一直处于待机状态，所以一旦发现猛烈的电流电压冲击或者内部出现故障，不仅会导致火灾，严重的还会造成伤亡。在人们的日常生活中，这种现象时常发生，甚至因为手机、电脑等电子设备的普及，增加了火灾发生的风险，所以文章针对开关电源导致的火灾问题进行探究是非常有必要的，及时对人们日常存在的火灾隐患行为以及开关电源使用规范进行分析，可以有效提高人们的防范意识，从而减少电气引发火灾事故的现象，提高电器、电子产品的使用安全。

4  降低或杜绝开关电源引发火灾的分析探讨

4.1  加强质量监管，普及电子设备安全知识

根据案例可知，无论是人们的日常生活中，还是在我国经济的发展上，火灾的发生往往会产生令人悲痛的结果，因为人们的不重视以及对开关电源设备的认识不全面，导致因电气产生的事故频频发生，根据实际情况，需要利用客观、辩证的眼光去看待，究其原因并提出具体的解决措施，才能降低、杜绝因开关电源引发的火灾。

纵观当前电子产品的市场，因人们对电子产品的需求增加，导致市场中屡屡出现劣质的电子产品，因为其内部设计较为简单，安全系数不够，消费者以及各企业选购后如同带回了一颗“不定时炸弹”，除了会降低使用体验，还会随时发生爆炸和火灾，所以人们在生活中一定要具备一定的开关电源知识，才能避免选购劣质的电子产品。相关部门以及地区内部安全管辖部门可以定期组织开关电源的安全培训，在基层群众中不断深化电子产品质量的重要性以及开关电源与人们生活的关联性，帮助群众掌握开关电源的基础知识，从而降低因为开关电源引发的火灾隐患。

4.2  加强群众对开关电源引发火灾故障的认识

针对劣质商品，相关部门要加强对厂家、商家等售卖小功率设备的企业进行监督并定期排查，避免劣质电子商品流入市场，从而降低因为劣质产品带来的火灾问题，如果发现因劣质商品引发的火灾故障，一旦找到原因要及时进行公正严明的处理，不仅可以打击黑心厂商，还能提高人们对安全使用电子产品的认识。同时，开关电源设计者要具有较高的专业能力与安全意识，无论是在电路板设计、滤波电容器的应用等都要符合科学性与严谨性。在日常生产与人们的生活中，可以增加开关电源输入的阻抗，虽然大多数人为了保证企业生产与日常生活使用的电力足够充分，会减少电源的内阻，但是出于安全起见要适当增加输入的阻抗，从而增加安全系数，降低火灾故障。

5  结语

综上所述，根据案例以及实际统计情况来看，火灾频发的原因除了自然灾害，大部分是因为企业或居民住宅的电气设备使用出现了故障，而开关电源是电气设备中最易发生火灾故障的关键环节，针对其存在的问题必须进行分析并探讨解决策略，从而提高人们对开关电源的保护意识，增强规范使用电气设备的行为，才能避免因开关电源诱发火灾导致的人员伤亡与经济损失，通过有效手段实现人们对火灾隐患以及电气规范的全面认识。

參考文献：

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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