MGX8830電源設計原理及其維護事項

梅智剛

【摘 要】Cisco MGX8830 Switch系統設備在民航ATM通信網中有著普遍的使用，MGX8830電源為此系統設備的供電開關電源。本文介紹了開關電源的概念、MGX8830電源的工作原理，清晰明朗的前后級布局、元器件在線路板上合理的分配、充分散熱的大面積高導熱率的鋁制散熱片以及在運行維護中要注意防塵，要創造良好的工作環境、要合理地去分配負載。

【關鍵詞】開關電源原理；前后級布局；電源防塵；負載分配；高效鋁制散熱片；運行環境

一、開關電源的基本概念

所謂開關電源，是一種由占空比控制開關電路的電能變換裝置，用于交流——直流或直流——直流電能變換，通常稱其為開關電源。開關電源的核心為電子開關電路，根據負載對電源提出的輸出穩壓或者穩流特性的要求，利用反饋控制電路，采用占空比控制方法，對開關電路進行控制。開關電源這一技術特點使其同其他形式的電源如線性電源相比具有體積小，體重輕和效率高三個明顯的有點。

二、MGX8830電源的工作原理

8830電源是將208～240V交流電進行濾波，然后再通過整流橋進行整流，將整流后的直流電壓經過升壓電路處理，得到將近400V的直流電，此過程是前級進行PFC功率因數校正，控制芯片為UC3854DW，之所以要進功率因數校正是因為可以提高電源的效率，一般可以達到90%以上。前級PFC校正以后需要對此直流電進行DC-DC轉換，將高壓直流電轉換成低壓直流電，然后在電源輸出端進行電壓信號采樣，再將此采樣信號反饋UC3825DW PWM控制芯片，使電源輸出用戶所需要的電壓，PWM工作示意圖如圖1所示。

三、合理的電路結構設計

1.電源前后級布局清晰明朗

一般的開關電源分為前級和后級，此電源的前級和后級相互獨立，控制模塊都是可以插拔的小板卡，分別插在對應的電路中，通過觀察能一眼辨認出前級和后級電路，主電路和控制電路。前級有PFC功率因數校正電路，電壓一般在400V左右，檢測人員可以很快地辨認出此處為前級高壓電路，很大程度縮小了檢測時間和避免高壓帶來的危險。加上控制板可以插拔，這給檢測維修人員判斷、處理故障帶來很大便捷。

2.元器件布局合理，能防止高熱量的器件損壞低熱量器件。

電源里所用到的器件種類有很多，如電阻、電容、晶體管等，這些器件在電源工作的時候將會產生一定的熱量，器件不同所散發的熱量不同，如果將這些發熱量大的器件與發熱量小的器件密集的組合在一起將會加速低發熱量器件的提前老化或者損壞。此電源器件布局合理，高熱量與低熱量器件合理分開，器件所散發的熱量互不影響，并且電源內溫度分布均勻，不會導致局部溫度過高使某些器件老化或者損壞。

3.大面積、高導熱率鋁制散熱片散熱充分。

電源的前級和后級分別安裝了一塊大面積的散熱片，兩塊散熱片的面積幾乎占據了整個電源面積的三分之一，面積越大散熱更加充分，這在開關電源中并不多見。兩塊散熱片都固定在電源的鋁制外殼上，散熱片將吸收的熱量通過外殼快速散發出去。除此之外，在散熱片附近均安裝了一個風扇對散熱片進行散熱，可以說此散熱片有雙重散熱途徑。電源PFC電路的升壓開關管、續流二極管以及后級的整流、續流晶體管都安裝在散熱片上，可以說集中了電源所有高發熱量的器件，在長時間、高負載的測試模式下發現，散熱片散熱較快，沒有出現溫度過高的現象。

四、優質的電源也需要加以科學的維護

1.在談對電源的維護之前，我們先了解一下高溫對半導體壽命和電源故障率的影響。圖2顯示了對硅NPN型晶體管預測的故障率，它是當溫度增加到25℃以上時的故障率與在25℃時的相比較。

由上圖不難看出，當晶體管的溫度不斷升高時，其故障率會越來越高。雖然該圖是對具體硅NPN型晶體管所做的一種統計預測，但它表明大多數電子元器件的一般趨勢，隨著溫度的增加故障率會迅速地增加，高溫的影響是劇烈的。一個完整的電源系統包括許多不同類型的元件，并且這些元件在整體可靠性上都起到一定的作用。由于涉及的數量眾多，完整的電源比單個晶體管有更高故障率。一般而言，對于典型的開關電源來說，在25℃以上溫度每升高10～15℃時，它的故障率將會加倍，工作在70℃時其預測平均無故障時間約是它工作在25℃時的10%。

良好的散熱設計和低的工作溫度對長期可靠性來說是很關鍵的，所以在我們日常運維中更需要去關注，下面是維護中需要注意的事項：

2.在維護中應注意防塵

灰塵對電源的危害。灰塵對電源的危害非常大，在接收到故障電源的時候，發現電源里基本上都有灰塵存在，故障一般都出現在灰塵比較集中的地方，這是因為有灰塵的存在，其覆蓋在元器件和電路板上。當電源加電工作時，元器件和電路板都會產生一定的熱量，由于灰塵的覆蓋導致熱量無法充分地散發，元器件長時間得不到充分散熱，溫度過高而導致工作不穩定、失效或者直接損壞，而線路板則出現老化現象。對于維修工程師來說，損壞的器件可以更換，但老化的電路板就不是很好處理，因為電路板老化，焊盤容易出現松動或者脫落，這給維修工程師帶來很大的維修難度，于電源來說基本上處于報廢的邊緣，如果出現提前報廢，對于公司來說將會提高維護成本，這是電源使用者和維修工程師都不愿看到的結果。

3.在運行中應具備良好的環境

電源的工作環境是非常重要的。一般的電源都工作在低溫模式下（電源工作時自身所產生的溫度大于電源所處的環境溫度），這樣有利于電源的溫度傳遞。如果環境溫度過高，電源無法散熱，并且還能夠吸收空氣中的熱量，這對電源本身還是用電設備都是不利的。對于8830電源來說，無論是工作在網控還是實驗室，都應該為其提供一個合理環境。

4.使用中應合理分配電源的負載

高負載或者過載工作能使電源溫度升高。電源的溫升與高負載或者過載工作有著密切的關系，電源的負載越高，輸出電流越大，器件和電路板工作在高電流環境下容易使兩者的溫度升高，這會直接加速元器件和線路板的老化，尤其是過載，設備一旦過載，會使溫度超出額定范圍，過高的溫度會使得變壓器絕緣被破壞、功率器件燒毀、開關跳閘、熔斷器熔斷、電纜橡膠護套熔化繼而短路、通信中斷，甚至產生火災等嚴重后果。當電源損壞時，其保護電路處于工作狀態，使電源停止供電，以保護用電設備，如果此時電源的保護電路也處于故障狀態，電源的輸出電壓過高，其供電設備有可能被直接損壞。所以在使用電源的時候要注意負載的合理的分配，對沒有業務的負載可以對其進行斷電處理。這是對電源本身的一種保護，更是對用電設備重要的保護。

五、結束語

電源是用電設備的動力之源，良好的維護不僅能夠使電源長期、穩定地工作，還能提高用電設備的業務保障率，合理的設計能提高電源的工作效率，減少故障發生率，科學的維護也是我們工作中的重點。

【參考文獻】

【1】Keith Billings 開關電源手冊（第二版）.人民郵電出版社.