《电子技术应用》

通信开关电源整流器几种常用散热方式

2013/4/16 15:59:49

 

通信开关电源的技术研究要进一步的加快进程,因为现在不同的行业对电源开关有不同的要求,但是目前的通信工程研究需要特殊的冷却方式来适应机房环境,所以我们首先要了解整流器常用的冷却方式有哪些,然后再根据工业的要求进行合理的选择使用。

  目前整流器常用的冷却方式有自然冷却、纯风扇冷却、自然冷却和风扇冷却相结合三种。自然冷却具有无机械故障,可靠性高;无空气流动,灰尘少,有利于散热;无噪音等特点。纯风扇冷却具有设备重量轻,成本低。风扇和自然冷却相结合的技术具有有效减小设备体积和重量,风扇的使用寿命高,风扇故障自适应能力强等特点。

  1、自然冷却方式

  自然冷却方式是开关电源早期的传统冷却方式,这种方式主要是依靠大的金属散热器来进行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点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,防止温度的上升影响其工作性能,所以其材料选择的裕量较大,变压器的体积和重量也大。整流器的材料成本高,维护更换不方便。由于其对环境的洁净度要求不高,目前对于小容量通信电源,在些小型专业通信网还有部分应用,如电力、石油、广电、军队、水利、国安、公安等。

  2、风扇冷却方式

  随着风扇制造技术的发展,风扇的工作稳定性和使用寿命有较大的进步,其平均无故障时间是5万小时。

  采用风扇散热后可以减去笨重的散热器,使得整流器的体积和重量大大改善,原材料成本也大大降低。随市场竞争的加剧,市场价格的下滑,这种技术已成为当前的主要潮流。

  这种方式的主要缺点是风扇的平均无故障时间较整流器10万小时时间短,若风扇故障后对电源的故障率影响大。所以为保证风扇的使用寿命,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换热空气质量是和风扇的转速相关,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加强散热,在时间上是有很大滞后的。如果负载经常突变,或者市电输入波动大,就会造成功率元件出现快速的冷热变化,这种突变的半导体温度差产生的热应力与热冲击,会导致元件的不同材料部分产生应力裂纹。使之过早失效。

  3、风扇和自然冷却相结合的模式

  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结合可以更快的将热能散发出去。这种方式在增加风扇散热的同时,可以减少散热器面积,使得功率元件工作在相对稳定的温度场条件下,使用寿命不会因为外部条件变换受影响。这样不仅克服纯风扇冷却对的功率元件散热调节滞后的缺点,也了避免风扇使用寿命低影响整流器的整体可靠性。尤其在机房的环境温度很不稳定的情况下,采用风冷和自冷相结合的冷却技术具有更好的冷却性能。这种方式整流器的材料成本在纯风扇冷去和自然冷却两种方式之间,重量低,维护方便。

  尤其在采用智能风冷和自冷技术时,可以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。模块升温超过55℃。风扇转速随温度变化线性增长。风扇故障在位检测,风扇故障后,风扇故障限流输出,同时故障报警。由于风扇运转数度与负载大小相关,使得风扇的使用寿命比纯风冷时要长,其可靠性也大大提高。

  通信开关电源采用风扇和自然冷却相结合的冷却方式,既能在环境温度高的情况下,有效的降低整流器内部的工作温度,延长器件使用寿命,又能在环境温度低及负载低的情况下,整流器的风扇降低转速工作,延长风扇的使用寿命。采用散热器散热,其器件间距及爬电距离可相对较远,在高湿度的情况下,,安全性能高。整流器体积较小、重量较轻,使维护工作变得轻松。

  为了让各个行业的通信开关电源的整流器工作系统更加稳定,加强冷却系统研究是十分必要的,但是目前的冷却方式最好是采用智能冷却和自然冷却相结合方式。

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