由系統(tǒng)電源可靠性引發(fā)的思考

幾天前，有一位新客戶打電話向我們求助說他們的設備賣出去一兩年之內(nèi)經(jīng)常容易出現(xiàn)設備啟動后自檢測通不過的故障。而且從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，每年的夏秋交 替季節(jié)的故障率明顯要高于其他時間的故障率。莫非是季節(jié)更替搞的鬼?他們的工程師嘗試了很多方法最后發(fā)現(xiàn)只要更換一臺新電源，設備故障就會消除。然而更奇 怪的是換下來的電源外觀看不出任何問題，而且也能正常輸出直流電壓。那么到底是什么原因造成設備故障呢?帶著疑問，我拜訪了客戶并進一步了解詳細情況。

第一次看到客戶設備，十分驚訝其內(nèi)部緊湊擁擠的布局。原來為了達到比上一代產(chǎn)品體積縮小30%的目標，客戶不得不選擇將電源安裝在設備內(nèi)部側面一個 非常狹小的空間內(nèi)，其設備內(nèi)部電源周圍上下左右空間均十分有限。由于電源放置在設備側面，設備內(nèi)部系統(tǒng)風也幾乎吹不到電源?？蛻粼O備滿載條件下，要求輸出 功率達到 300瓦?？吹竭@里我大致能夠猜出客戶系統(tǒng)起故障的原因了。原來在如此惡劣的應用環(huán)境，一旦不小心選擇的電源產(chǎn)品設計上存在短板，就會很容易導致系統(tǒng)可靠 性下降并引起一系列關聯(lián)的故障發(fā)生。

為了驗證我的猜測，我向客戶借來兩臺他們設備內(nèi)部使用的某品牌電源樣品，其中一臺是從故障設備上拆下來的，另一臺是全新樣品。我將借來的電源樣品帶 回實驗室對這兩臺電源做了簡單的電氣和可靠性性能評估。評估結果顯示，故障設備上拆下來的那臺電源雖然也能工作，但是輸出紋波嚴重超標，而那臺全新樣品的 輸出紋波則表現(xiàn)正常。設備內(nèi)部電源如果輸出紋波噪聲嚴重超標將會干擾到后級負載，最終導致客戶設備在啟動自檢測時通不過。那么是什么原因?qū)е驴蛻暨@款電源 輸出紋波不正常呢?為了查明真相，我決定利用全新的那臺樣機做進一步測試，試圖尋找導致故障發(fā)生的元兇。

為了避免損壞客戶寶貴的樣機，我決定謹慎一些，先帶250W負載運行一小時，然后用紅外線熱成像儀測試一下客戶電源內(nèi)部熱源分布情況。 測試結果如第一張附圖所示，情況相當不樂觀。從熱成像掃描照片來看，整個電源熱量分布很不合理。輸出電容所在的右下角區(qū)域溫度非常高。電源工作時如此惡劣 的高溫下將會導致電源內(nèi)部輸出電容壽命大大縮水。因為電容壽命終結時其容量明顯減小，等效串聯(lián)阻抗也顯著增大，所以導致電源輸出紋波噪聲增加超出其規(guī)格指 標并造成整個設備系統(tǒng)故障。

為什么在每年的夏秋交替季節(jié)設備故障率要更高一些呢?答案是經(jīng)過夏天幾個月高溫環(huán)境下的使用，設備內(nèi)部電源的輸出電容在內(nèi)部長期高溫環(huán)境影響下很容易性能下降，輸出噪聲紋波劣化。一旦開關電源這樣的核心部件出現(xiàn)問題，系統(tǒng)很容易受到影響并最終導致整個設備的故障。

目前隨著經(jīng)濟和技術水平的不斷進步，市場上各類產(chǎn)品之間性能、成本、體積和可靠性等方面的競爭也日趨激烈。因此，作為設備系統(tǒng)核心元素的電源產(chǎn)品， 其重要性將越來越明顯。那么我們應該如何選擇真正可靠、穩(wěn)定的電源產(chǎn)品來避免遇到類似的損害品牌形象的故障呢?下面我們以TDK-Lambda公司的一款 產(chǎn)品為例，與大家分享一些關于選擇高可靠性、長壽命電源產(chǎn)品方面的注意點。

CUS350M系列是TDK-Lambda公司全新推出的一款高效率、高可靠性大功率自然冷卻型醫(yī)療電源產(chǎn)品。這款新產(chǎn)品不依賴風扇冷卻，在自然冷 卻條件下輸出功率達到350瓦?？梢暂p松滿足各類設備對靜音、可靠性和高功率的需求。其簡潔的布局和謹慎的熱設計使得電源生產(chǎn)更加方便可靠，工作時電源內(nèi) 部關鍵元器件溫升更低。第二張附圖是CUS350M系列帶350W負載一小時條件下，電源內(nèi)部熱源分布情況。對比兩張測試圖可以看出，雖然CUS350M 系列輸出功率更大(高出40%)，但是其內(nèi)部溫升狀況卻明顯要好很多。是什么原因?qū)е逻@兩款產(chǎn)品的表現(xiàn)有如此大的懸殊呢?

作為以高可靠性著稱的專業(yè)開關電源品牌，TDK-Lambda對待產(chǎn)品的態(tài)度一貫謹慎且嚴謹。CUS350M系列高達94.7%的高效率和良好合理 的布局使得電源內(nèi)部所有的電解電容均成功避開發(fā)熱量較大的元器件。這樣就保證了工作過程中電源內(nèi)部關鍵元器件的可靠性和良好的預期壽命。從附圖二可以看 出，CUS350M系列電容周圍溫度都保持在非常良好的狀態(tài)。

綜上所述，越是工作在相對惡劣的環(huán)境下，高效率、高可靠性的長壽命專業(yè)開關電源就越能顯示出自身的卓越品質(zhì)和更高更合理的系統(tǒng)整體性價比。