MGX8830電源設(shè)計原理及其維護(hù)事項

梅智剛

【摘 要】Cisco MGX8830 Switch系統(tǒng)設(shè)備在民航ATM通信網(wǎng)中有著普遍的使用，MGX8830電源為此系統(tǒng)設(shè)備的供電開關(guān)電源。本文介紹了開關(guān)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(dǎo)熱率的鋁制散熱片以及在運(yùn)行維護(hù)中要注意防塵，要創(chuàng)造良好的工作環(huán)境、要合理地去分配負(fù)載。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源原理；前后級布局；電源防塵；負(fù)載分配；高效鋁制散熱片；運(yùn)行環(huán)境

一、開關(guān)電源的基本概念

所謂開關(guān)電源，是一種由占空比控制開關(guān)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(guān)電源。開關(guān)電源的核心為電子開關(guān)電路，根據(jù)負(fù)載對電源提出的輸出穩(wěn)壓或者穩(wěn)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(guān)電路進(jìn)行控制。開關(guān)電源這一技術(shù)特點(diǎn)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(diǎn)。

二、MGX8830電源的工作原理

8830電源是將208～240V交流電進(jìn)行濾波，然后再通過整流橋進(jìn)行整流，將整流后的直流電壓經(jīng)過升壓電路處理，得到將近400V的直流電，此過程是前級進(jìn)行PFC功率因數(shù)校正，控制芯片為UC3854DW，之所以要進(jìn)功率因數(shù)校正是因為可以提高電源的效率，一般可以達(dá)到90%以上。前級PFC校正以后需要對此直流電進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換，將高壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電，然后在電源輸出端進(jìn)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(jié)構(gòu)設(shè)計

1.電源前后級布局清晰明朗

一般的開關(guān)電源分為前級和后級，此電源的前級和后級相互獨(dú)立，控制模塊都是可以插拔的小板卡，分別插在對應(yīng)的電路中，通過觀察能一眼辨認(rèn)出前級和后級電路，主電路和控制電路。前級有PFC功率因數(shù)校正電路，電壓一般在400V左右，檢測人員可以很快地辨認(rèn)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?qū)a(chǎn)生一定的熱量，器件不同所散發(fā)的熱量不同，如果將這些發(fā)熱量大的器件與發(fā)熱量小的器件密集的組合在一起將會加速低發(fā)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(fā)的熱量互不影響，并且電源內(nèi)溫度分布均勻，不會導(dǎo)致局部溫度過高使某些器件老化或者損壞。

3.大面積、高導(dǎo)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(jù)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(guān)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(fā)出去。除此之外，在散熱片附近均安裝了一個風(fēng)扇對散熱片進(jìn)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(guān)管、續(xù)流二極管以及后級的整流、續(xù)流晶體管都安裝在散熱片上，可以說集中了電源所有高發(fā)熱量的器件，在長時間、高負(fù)載的測試模式下發(fā)現(xiàn)，散熱片散熱較快，沒有出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象。

四、優(yōu)質(zhì)的電源也需要加以科學(xué)的維護(hù)

1.在談對電源的維護(hù)之前，我們先了解一下高溫對半導(dǎo)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(yù)測的故障率，它是當(dāng)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(dāng)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(tǒng)計預(yù)測，但它表明大多數(shù)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(tǒng)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(shù)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(guān)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(yù)測平均無故障時間約是它工作在25℃時的10%。

良好的散熱設(shè)計和低的工作溫度對長期可靠性來說是很關(guān)鍵的，所以在我們?nèi)粘＿\(yùn)維中更需要去關(guān)注，下面是維護(hù)中需要注意的事項：

2.在維護(hù)中應(yīng)注意防塵

灰塵對電源的危害?；覊m對電源的危害非常大，在接收到故障電源的時候，發(fā)現(xiàn)電源里基本上都有灰塵存在，故障一般都出現(xiàn)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(dāng)電源加電工作時，元器件和電路板都會產(chǎn)生一定的熱量，由于灰塵的覆蓋導(dǎo)致熱量無法充分地散發(fā)，元器件長時間得不到充分散熱，溫度過高而導(dǎo)致工作不穩(wěn)定、失效或者直接損壞，而線路板則出現(xiàn)老化現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)提前報廢，對于公司來說將會提高維護(hù)成本，這是電源使用者和維修工程師都不愿看到的結(jié)果。

3.在運(yùn)行中應(yīng)具備良好的環(huán)境

電源的工作環(huán)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(chǎn)生的溫度大于電源所處的環(huán)境溫度），這樣有利于電源的溫度傳遞。如果環(huán)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(shè)備都是不利的。對于8830電源來說，無論是工作在網(wǎng)控還是實驗室，都應(yīng)該為其提供一個合理環(huán)境。

4.使用中應(yīng)合理分配電源的負(fù)載

高負(fù)載或者過載工作能使電源溫度升高。電源的溫升與高負(fù)載或者過載工作有著密切的關(guān)系，電源的負(fù)載越高，輸出電流越大，器件和電路板工作在高電流環(huán)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(shè)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(guān)跳閘、熔斷器熔斷、電纜橡膠護(hù)套熔化繼而短路、通信中斷，甚至產(chǎn)生火災(zāi)等嚴(yán)重后果。當(dāng)電源損壞時，其保護(hù)電路處于工作狀態(tài)，使電源停止供電，以保護(hù)用電設(shè)備，如果此時電源的保護(hù)電路也處于故障狀態(tài)，電源的輸出電壓過高，其供電設(shè)備有可能被直接損壞。所以在使用電源的時候要注意負(fù)載的合理的分配，對沒有業(yè)務(wù)的負(fù)載可以對其進(jìn)行斷電處理。這是對電源本身的一種保護(hù)，更是對用電設(shè)備重要的保護(hù)。

五、結(jié)束語

電源是用電設(shè)備的動力之源，良好的維護(hù)不僅能夠使電源長期、穩(wěn)定地工作，還能提高用電設(shè)備的業(yè)務(wù)保障率，合理的設(shè)計能提高電源的工作效率，減少故障發(fā)生率，科學(xué)的維護(hù)也是我們工作中的重點(diǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

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