MGX8830电源设计原理及其维护事项

梅智刚

【摘 要】Cisco MGX8830 Switch系统设备在民航ATM通信网中有着普遍的使用，MGX8830电源为此系统设备的供电开关电源。本文介绍了开关电源的概念、MGX8830电源的工作原理，清晰明朗的前后级布局、元器件在线路板上合理的分配、充分散热的大面积高导热率的铝制散热片以及在运行维护中要注意防尘，要创造良好的工作环境、要合理地去分配负载。

【关键词】开关电源原理；前后级布局；电源防尘；负载分配；高效铝制散热片；运行环境

一、开关电源的基本概念

所谓开关电源，是一种由占空比控制开关电路的电能变换装置，用于交流——直流或直流——直流电能变换，通常称其为开关电源。开关电源的核心为电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或者稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。开关电源这一技术特点使其同其他形式的电源如线性电源相比具有体积小，体重轻和效率高三个明显的有点。

二、MGX8830电源的工作原理

8830电源是将208～240V交流电进行滤波，然后再通过整流桥进行整流，将整流后的直流电压经过升壓电路处理，得到将近400V的直流电，此过程是前级进行PFC功率因数校正，控制芯片为UC3854DW，之所以要进功率因数校正是因为可以提高电源的效率，一般可以达到90%以上。前级PFC校正以后需要对此直流电进行DC-DC转换，将高压直流电转换成低压直流电，然后在电源输出端进行电压信号采样，再将此采样信号反馈UC3825DW PWM控制芯片，使电源输出用户所需要的电压，PWM工作示意图如图1所示。

三、合理的电路结构设计

1.电源前后级布局清晰明朗

一般的开关电源分为前级和后级，此电源的前级和后级相互独立，控制模块都是可以插拔的小板卡，分别插在对应的电路中，通过观察能一眼辨认出前级和后级电路，主电路和控制电路。前级有PFC功率因数校正电路，电压一般在400V左右，检测人员可以很快地辨认出此处为前级高压电路，很大程度缩小了检测时间和避免高压带来的危险。加上控制板可以插拔，这给检测维修人员判断、处理故障带来很大便捷。

2.元器件布局合理，能防止高热量的器件损坏低热量器件。

电源里所用到的器件种类有很多，如电阻、电容、晶体管等，这些器件在电源工作的时候将会产生一定的热量，器件不同所散发的热量不同，如果将这些发热量大的器件与发热量小的器件密集的组合在一起将会加速低发热量器件的提前老化或者损坏。此电源器件布局合理，高热量与低热量器件合理分开，器件所散发的热量互不影响，并且电源内温度分布均匀，不会导致局部温度过高使某些器件老化或者损坏。

3.大面积、高导热率铝制散热片散热充分。

电源的前级和后级分别安装了一块大面积的散热片，两块散热片的面积几乎占据了整个电源面积的三分之一，面积越大散热更加充分，这在开关电源中并不多见。两块散热片都固定在电源的铝制外壳上，散热片将吸收的热量通过外壳快速散发出去。除此之外，在散热片附近均安装了一个风扇对散热片进行散热，可以说此散热片有双重散热途径。电源PFC电路的升压开关管、续流二极管以及后级的整流、续流晶体管都安装在散热片上，可以说集中了电源所有高发热量的器件，在长时间、高负载的测试模式下发现，散热片散热较快，没有出现温度过高的现象。

四、优质的电源也需要加以科学的维护

1.在谈对电源的维护之前，我们先了解一下高温对半导体寿命和电源故障率的影响。图2显示了对硅NPN型晶体管预测的故障率，它是当温度增加到25℃以上时的故障率与在25℃时的相比较。

由上图不难看出，当晶体管的温度不断升高时，其故障率会越来越高。虽然该图是对具体硅NPN型晶体管所做的一种统计预测，但它表明大多数电子元器件的一般趋势，随着温度的增加故障率会迅速地增加，高温的影响是剧烈的。一个完整的电源系统包括许多不同类型的元件，并且这些元件在整体可靠性上都起到一定的作用。由于涉及的数量众多，完整的电源比单个晶体管有更高故障率。一般而言，对于典型的开关电源来说，在25℃以上温度每升高10～15℃时，它的故障率将会加倍，工作在70℃时其预测平均无故障时间约是它工作在25℃时的10%。

良好的散热设计和低的工作温度对长期可靠性来说是很关键的，所以在我们日常运维中更需要去关注，下面是维护中需要注意的事项：

2.在维护中应注意防尘

灰尘对电源的危害。灰尘对电源的危害非常大，在接收到故障电源的时候，发现电源里基本上都有灰尘存在，故障一般都出现在灰尘比较集中的地方，这是因为有灰尘的存在，其覆盖在元器件和电路板上。当电源加电工作时，元器件和电路板都会产生一定的热量，由于灰尘的覆盖导致热量无法充分地散发，元器件长时间得不到充分散热，温度过高而导致工作不稳定、失效或者直接损坏，而线路板则出现老化现象。对于维修工程师来说，损坏的器件可以更换，但老化的电路板就不是很好处理，因为电路板老化，焊盘容易出现松动或者脱落，这给维修工程师带来很大的维修难度，于电源来说基本上处于报废的边缘，如果出现提前报废，对于公司来说将会提高维护成本，这是电源使用者和维修工程师都不愿看到的结果。

3.在运行中应具备良好的环境

电源的工作环境是非常重要的。一般的电源都工作在低温模式下（电源工作时自身所产生的温度大于电源所处的环境温度），这样有利于电源的温度传递。如果环境温度过高，电源无法散热，并且还能够吸收空气中的热量，这对电源本身还是用电设备都是不利的。对于8830电源来说，无论是工作在网控还是实验室，都应该为其提供一个合理环境。

4.使用中应合理分配电源的负载

高负载或者过载工作能使电源温度升高。电源的温升与高负载或者过载工作有着密切的关系，电源的负载越高，输出电流越大，器件和电路板工作在高电流环境下容易使两者的温度升高，这会直接加速元器件和线路板的老化，尤其是过载，设备一旦过载，会使温度超出额定范围，过高的温度会使得变压器绝缘被破坏、功率器件烧毁、开关跳闸、熔断器熔断、电缆橡胶护套熔化继而短路、通信中断，甚至产生火灾等严重后果。当电源损坏时，其保护电路处于工作状态，使电源停止供电，以保护用电设备，如果此时电源的保护电路也处于故障状态，电源的输出电压过高，其供电设备有可能被直接损坏。所以在使用电源的时候要注意负载的合理的分配，对没有业务的负载可以对其进行断电处理。这是对电源本身的一种保护，更是对用电设备重要的保护。

五、结束语

电源是用电设备的动力之源，良好的维护不仅能够使电源长期、稳定地工作，还能提高用电设备的业务保障率，合理的设计能提高电源的工作效率，减少故障发生率，科学的维护也是我们工作中的重点。

【参考文献】

【1】Keith Billings 开关电源手册（第二版）.人民邮电出版社.