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(dòng)后自檢測(cè)通不過的故障。而且從統(tǒng)計(jì)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(shí)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(tái)新電源，設(shè)備故障就會(huì)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(jìn)一步了解詳細(xì)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(dá)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(gè) 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(dá)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(jì)上存在短板，就會(huì)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(yàn)證我的猜測(cè)，我向客戶借來兩臺(tái)他們?cè)O(shè)備內(nèi)部使用的某品牌電源樣品，其中一臺(tái)是從故障設(shè)備上拆下來的，另一臺(tái)是全新樣品。我將借來的電源樣品帶 回實(shí)驗(yàn)室對(duì)這兩臺(tái)電源做了簡(jiǎn)單的電氣和可靠性性能評(píng)估。評(píng)估結(jié)果顯示，故障設(shè)備上拆下來的那臺(tái)電源雖然也能工作，但是輸出紋波嚴(yán)重超標(biāo)，而那臺(tái)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(huì)干擾到后級(jí)負(fù)載，最終導(dǎo)致客戶設(shè)備在啟動(dòng)自檢測(cè)時(shí)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(tái)樣機(jī)做進(jìn)一步測(cè)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(jī)，我決定謹(jǐn)慎一些，先帶250W負(fù)載運(yùn)行一小時(shí)，然后用紅外線熱成像儀測(cè)試一下客戶電源內(nèi)部熱源分布情況。 測(cè)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(gè)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(shí)如此惡劣 的高溫下將會(huì)導(dǎo)致電源內(nèi)部輸出電容壽命大大縮水。因?yàn)殡娙輭勖K結(jié)時(shí)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(gè)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(gè)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(zhǎng)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(gè)設(shè)備的故障。

目前隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，市場(chǎng)上各類產(chǎn)品之間性能、成本、體積和可靠性等方面的競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)壽命電源產(chǎn)品方面的注意點(diǎn)。

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(dá)到350瓦?？梢暂p松滿足各類設(shè)備對(duì)靜音、可靠性和高功率的需求。其簡(jiǎn)潔的布局和謹(jǐn)慎的熱設(shè)計(jì)使得電源生產(chǎn)更加方便可靠，工作時(shí)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(fù)載一小時(shí)條件下，電源內(nèi)部熱源分布情況。對(duì)比兩張測(cè)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(duì)待產(chǎn)品的態(tài)度一貫謹(jǐn)慎且嚴(yán)謹(jǐn)。CUS350M系列高達(dá)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(duì)惡劣的環(huán)境下，高效率、高可靠性的長(zhǎng)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(jià)比。