通信开关电源冷却方式对性能和使用寿命的影响

一、温度对通讯开关电源性能和寿命的影响

  通讯开关电源的主要部件是高频开关整流器,它是随同功率电子学理论和技术及功率电子器件的开展而逐步开展成熟的。采用软开关技术的整流器,功耗变得更小,温度更低,体积和重量都有大幅度降落,整体质量和牢靠性不时进步。但是每当环境温度升高10℃时,主要功率元件的寿命减少50%。呈现这样寿命疾速降落的缘由都是由于温度的变化。由各种微观和宏观机械应力集中所招致的疲倦失效,铁磁性资料及其他零部件运转时在交变应力持续作用下,将萌发多品种型的微观内部缺陷。因而保证设备的有效散热,是保证设备牢靠性和寿命的必要条件。

  1、 工作温度与功率电子组件的牢靠性和寿命的关系。

  电源是一种电能转换设备,在转换过程中自身需求耗费掉一些电能,而这些电能则被转化为热量释出。电子元件工作的稳定性与老化速度是和环境温度息息相关的。功率电子组件是由多种半导体资料组成的。由于功率元件工作时的损耗是由其本身发热来流失,所以收缩系数不同的多种资料互相联络的热循环会惹起十分显著的应力,以至有可能招致霎时断裂,使元件失效。若功率元件长期工作在异常的温度条件下,会引发将招致断裂的疲倦。由于半导体存在热疲倦寿命,这就请求其应该工作在相对稳定和低的温度范围内。

  同时快速的冷热变化会暂时的产生半导体温度差,从而会产生热应力与热冲击。使元件接受热――机械应力,当温差过大时,招致元件的不同资料局部产生应力裂纹。使元件过早失效。这也就请求功率元件应工作在相对稳定的工作温度范围内,减少温度的急剧变化,以消弭热应力冲击的影响,保证元件长期牢靠的工作。

  2、工作温度对变压器的绝缘才能影响

  变压器的初级绕组通电后,线圈所产生的磁通在死心活动,由于死心自身是导体,在垂直于磁力线的平面上会产生感应电势,在死心的断面上构成闭合回路并产生电流,称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加,并使变压器的死心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗称为“铁损”。另外要绕制变压器运用的铜线,这些铜导线存在着电阻,电流流过时这电阻会耗费一定的功率,这局部损耗变成热量而耗费,称这种损耗为“铜损”。所以铁损和铜损是变压器工作产生温升的主要缘由。

  由于变压器工作温度升,必然形成线圈老化,当其绝缘性能降落后,招致抗市电的冲击才能削弱。这时若有雷击或市电浪涌呈现时,在变压器的初级呈现的高反压会将变压器击穿,使电源失效,同时还有高压串入通讯主设备,组成主设备损坏的风险。

  二、冷却方式对电源工作温度的影响

  电源的散热普通采用直接传导和对传播导二种方式,直接热传导是热能沿物体从温度高的一端向温度低的一端传送,其热传导的才能稳定。对传播导是液体或气体经过回转运动,使温度趋于平均的过程。由于对传播导牵扯到动力过程,降温比拟顺速。

  将发元件装置在金属散热器上,经过挤压热外表,完成上下不等能量体传送能量,可以依托大面积的散热片辐射进来的能量并不多。这种热传导方式称为自然冷却,它对热量流失延迟时间较长。换热量Q=KA△t(K换热系数,A换热面积,△t温度差),若室内环境温度偏高,△t的绝对值就小,这时这种传热方式的散热性能就会大大降落。

  在电源中增加风扇将能量转换中堆积的热量疾速排出电源之外。风扇对散热片的持续送风,则能够被视为对传播递能量。称为风扇冷却,这种散热方式的延迟时间短长。散热量 Q=Km△t(K换热系数,m换热空气质量,△t温度差),一旦风扇发作转速降低、停转,m值将疾速降低,电源中堆积的热量将会很难流失,这就会大大增加电源内电容、变压器等电子元件的老化速度并影响其输出质量的稳定性,最终招致元器件烧毁、设备失效。

  三、 通讯电源散热的主要办法及优缺陷

  通讯开关电源冷去技术的设计首先要是满足行业各项技术性能请求。为愈加顺应通讯机房的特殊环境运用环境,请求其冷却方式对环境温度变化顺应性强。目前整流器常用的冷却方式有自然冷却、纯风扇冷却、自然冷却微风扇冷却相分离三种。自然冷却具有无机械毛病,牢靠性高;无空气活动,灰尘少,有利于散热;无噪音等特性。纯风扇冷却具有设备重量轻,本钱低。风扇和自然冷却相分离的技术具有有效减小设备体积和重量,风扇的运用寿命高,风扇毛病自顺应才能强等特性。

1、自然冷却

  自然冷却方式是开关电源早期的传统冷却方式,这种方式主要是依托大的金属散热器来停止直接的热传导式散热。换热量Q=KA△t(K换热系数,A换热面积,△t温度差)。当整流器输出功率增大时,其功率元件的温度会上升,△t温度差也增加,所以当整流器A换热面积足够时,其散热是没有时间滞后,功率元件的温差小,其热应力与热冲击小。但这种方式的主要缺陷就是散热片体积和重量大。变压器的绕制为尽可能降低温升,避免温度的上升影响其工作性能,所以其资料选择的裕量较大,变压器的体积和重量也大。整流器的资料本钱高,维护改换不便当。由于其对环境的干净度请求不高,目前关于小容量通讯电源,在些小型专业通讯网还有局部应用,如电力、石油、广电、军队、水利、国安、公安等。


  2、 风扇冷却

  随着风扇制造技术的开展,风扇的工作稳定性和运用寿命有较大的进步,其均匀无毛病时间是5万小时。采用风扇散热后能够减去笨重的散热器,使得整流器的体积和重量大大改善,原资料本钱也大大降低。随市场竞争的加剧,市场价钱的下滑,这种技术已成为当前的主要潮流。

  这种方式的主要缺陷是风扇的均匀无毛病时间较整流器10万小时时间短,若风扇毛病后对电源的毛病率影响大。所以为保证风扇的运用寿命,风扇的转速是随设备内的温度变化而变化的。其散热量 Q=Km△t(K换热系数,m换热空气质量,△t温度差)。m换热空气质量是微风扇的转速相关,当整流器输出功率增大时,其功率元件的温度会上升,而功率元件温度的变化到整流器能将这种变化检测到,再到增加风扇的转速以增强散热,在时间上是有很大滞后的。假如负载经常突变,或者市电输入动摇大,就会形成功率元件呈现快速的冷热变化,这种突变的半导体温度差产生的热应力与热冲击,会招致元件的不同资料局部产生应力裂纹。使之过早失效。

  3、 风扇和自然冷却相分离

  由于环境温度的变化和负载的变化,电源工作时的耗散热能,采用风扇和自然冷却方式相分离能够更快的将热能分发进来。这种方式在增加风扇散热的同时,能够减少散热器面积,使得功率元件工作在相对稳定的温度场条件下,运用寿命不会由于外部条件变换受影响。这样不只克制纯风扇冷却对的功率元件散热调理滞后的缺陷,也了防止风扇运用寿命低影响整流器的整体牢靠性。特别在机房的环境温度很不稳定的状况下,采用风冷和自冷相分离的冷却技术具有更好的冷却性能。这种方式整流器的资料本钱在纯风扇冷去和自然冷却两种方式之间,重量低,维护便当。

  特别在采用智能风冷和自冷技术时,能够让整流器在低负载工作条件下,模块温升小,模块风扇处于低速运转状态。在高负载工作条件下,模块升温。模块升温超越55℃。风扇转速随温度变化线性增长。风扇毛病在位检测,风扇毛病后,风扇毛病限流输出,同时毛病报警。由于风扇运转数度与负载大小相关,使得风扇的运用寿命比纯风冷时要长,其牢靠性也大大进步。

  四、完毕语

  通讯开关电源采用风扇和自然冷却相分离的冷却方式,既能在环境温度高的状况下,有效的降低整流器内部的工作温度,延长器件运用寿命,又能在环境温度低及负载低的状况下,整流器的风扇降低转速工作,延长风扇的运用寿命。采用散热器散热,其器件间距及爬电间隔可相对较远,在高湿度的状况下,,平安性能高。整流器体积较小、重量较轻,使维护工作变得轻松。

  为保证通讯开关电源的整流器的牢靠稳定工作,减少其工作温升是一项关键技术。采用智能风冷和自冷相分离技术。具有对环境顺应性更强,运用寿命长,牢靠稳定等技术优势。


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