由系统电源可靠性引发的思考

　　几天前，有一位新客户打电话向我们求助说他们的设备卖出去一两年之内经常容易出现设备启动后自检测通不过的故障。而且从统计数据来看，每年的夏秋交替季节的故障率明显要高于其他时间的故障率。莫非是季节更替搞的鬼？他们的工程师尝试了很多方法最后发现只要更换一台新电源，设备故障就会消除。然而更奇怪的是换下来的电源外观看不出任何问题，而且也能正常输出直流电压。那么到底是什么原因造成设备故障呢？带着疑问，我拜访了客户并进一步了解详细情况。

　　第一次看到客户设备，十分惊讶其内部紧凑拥挤的布局。原来为了达到比上一代产品体积缩小30%的目标，客户不得不选择将电源安装在设备内部侧面一个非常狭小的空间内，其设备内部电源周围上下左右空间均十分有限。由于电源放置在设备侧面，设备内部系统风也几乎吹不到电源。客户设备满载条件下，要求输出功率达到300瓦。看到这里我大致能够猜出客户系统起故障的原因了。原来在如此恶劣的应用环境，一旦不小心选择的电源产品设计上存在短板，就会很容易导致系统可靠性下降并引起一系列关联的故障发生。

　　为了验证我的猜测，我向客户借来两台他们设备内部使用的某品牌电源样品，其中一台是从故障设备上拆下来的，另一台是全新样品。我将借来的电源样品带回实验室对这两台电源做了简单的电气和可靠性性能评估。评估结果显示，故障设备上拆下来的那台电源虽然也能工作，但是输出纹波严重超标，而那台全新样品的输出纹波则表现正常。设备内部电源如果输出纹波噪声严重超标将会干扰到后级负载，最终导致客户设备在启动自检测时通不过。那么是什么原因导致客户这款电源输出纹波不正常呢？为了查明真相，我决定利用全新的那台样机做进一步测试，试图寻找导致故障发生的元凶。

　　为了避免损坏客户宝贵的样机，我决定谨慎一些，先带250W负载运行一小时，然后用红外线热成像仪测试一下客户电源内部热源分布情况。 测试结果如第一张附图所示，情况相当不乐观。从热成像扫描照片来看，整个电源热量分布很不合理。输出电容所在的右下角区域温度非常高。电源工作时如此恶劣的高温下将会导致电源内部输出电容寿命大大缩水。因为电容寿命终结时其容量明显减小，等效串联阻抗也显著增大，所以导致电源输出纹波噪声增加超出其规格指标并造成整个设备系统故障。

　　为什么在每年的夏秋交替季节设备故障率要更高一些呢？答案是经过夏天几个月高温环境下的使用，设备内部电源的输出电容在内部长期高温环境影响下很容易性能下降，输出噪声纹波劣化。一旦开关电源这样的核心部件出现问题，系统很容易受到影响并最终导致整个设备的故障。

　　目前随着经济和技术水平的不断进步，市场上各类产品之间性能、成本、体积和可靠性等方面的竞争也日趋激烈。因此，作为设备系统核心元素的电源产品，其重要性将越来越明显。那么我们应该如何选择真正可靠、稳定的电源产品来避免遇到类似的损害品牌形象的故障呢？下面我们以TDK-Lambda公司的一款产品为例，与大家分享一些关于选择高可靠性、长寿命电源产品方面的注意点。

　　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却型医疗电源产品。这款新产品不依赖风扇冷却，在自然冷却条件下输出功率达到350瓦。可以轻松满足各类设备对静音、可靠性和高功率的需求。其简洁的布局和谨慎的热设计使得电源生产更加方便可靠，工作时电源内部关键元器件温升更低。第二张附图是CUS350M系列带350W负载一小时条件下，电源内部热源分布情况。对比两张测试图可以看出，虽然CUS350M系列输出功率更大（高出40%），但是其内部温升状况却明显要好很多。是什么原因导致这两款产品的表现有如此大的悬殊呢？

　　作为以高可靠性著称的专业开关电源品牌，TDK-Lambda对待产品的态度一贯谨慎且严谨。CUS350M系列高达94.7%的高效率和良好合理的布局使得电源内部所有的电解电容均成功避开发热量较大的元器件。这样就保证了工作过程中电源内部关键元器件的可靠性和良好的预期寿命。从附图二可以看出，CUS350M系列电容周围温度都保持在非常良好的状态。

　　综上所述，越是工作在相对恶劣的环境下，高效率、高可靠性的长寿命专业开关电源就越能显示出自身的卓越品质和更高更合理的系统整体性价比。