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(shè)備賣出去一兩年之內(nèi)經(jīng)常容易出現(xiàn)設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(biāo)，客戶不得不選擇將電源安裝在設(shè)備內(nèi)部側(cè)面一個非常狹小的空間內(nèi)，其設(shè)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(shè)備側(cè)面，設(shè)備內(nèi)部系統(tǒng)風(fēng)也幾乎吹不到電源?？蛻粼O(shè)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(yīng)用環(huán)境，一旦不小心選擇的電源產(chǎn)品設(shè)計上存在短板，就會很容易導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性下降并引起一系列關(guān)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(shè)備內(nèi)部使用的某品牌電源樣品，其中一臺是從故障設(shè)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(jié)果顯示，故障設(shè)備上拆下來的那臺電源雖然也能工作，但是輸出紋波嚴(yán)重超標(biāo)，而那臺全新樣品的輸出紋波則表現(xiàn)正常。設(shè)備內(nèi)部電源如果輸出紋波噪聲嚴(yán)重超標(biāo)將會干擾到后級負載，最終導(dǎo)致客戶設(shè)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(dǎo)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(jǐn)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(jié)果如第一張附圖所示，情況相當(dāng)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(dǎo)致電源內(nèi)部輸出電容壽命大大縮水。因為電容壽命終結(jié)時其容量明顯減小，等效串聯(lián)阻抗也顯著增大，所以導(dǎo)致電源輸出紋波噪聲增加超出其規(guī)格指標(biāo)并造成整個設(shè)備系統(tǒng)故障。

　　為什么在每年的夏秋交替季節(jié)設(shè)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(shè)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(guān)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(dǎo)致整個設(shè)備的故障。

　　目前隨著經(jīng)濟和技術(shù)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(shè)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(yīng)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(guān)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(fēng)扇冷卻，在自然冷卻條件下輸出功率達到350瓦。可以輕松滿足各類設(shè)備對靜音、可靠性和高功率的需求。其簡潔的布局和謹(jǐn)慎的熱設(shè)計使得電源生產(chǎn)更加方便可靠，工作時電源內(nèi)部關(guān)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(guān)電源品牌，TDK-Lambda對待產(chǎn)品的態(tài)度一貫謹(jǐn)慎且嚴(yán)謹(jǐn)。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(guān)鍵元器件的可靠性和良好的預(yù)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(guān)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。