通信開(kāi)關(guān)電源冷卻方式對性能和使用壽命的影響
一、溫度對通訊開(kāi)關(guān)電源性能和壽命的影響
通訊開(kāi)關(guān)電源的主要部件是高頻開(kāi)關(guān)整流器，它是隨同功率電子學(xué)理論和技術(shù)及功率電子器件的開(kāi)展而逐步開(kāi)展成熟的。采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的整流器，功耗變得更小，溫度更低，體積和重量都有大幅度降落，整體質(zhì)量和牢靠性不時(shí)進(jìn)步。但是每當環(huán)境溫度升高10℃時(shí)，主要功率元件的壽命減少50％。呈現這樣壽命疾速降落的緣由都是由于溫度的變化。由各種微觀(guān)和宏觀(guān)機械應力集中所招致的疲倦失效,鐵磁性資料及其他零部件運轉時(shí)在交變應力持續作用下,將萌發(fā)多品種型的微觀(guān)內部缺陷。因而保證設備的有效散熱，是保證設備牢靠性和壽命的必要條件。
1、 工作溫度與功率電子組件的牢靠性和壽命的關(guān)系。
電源是一種電能轉換設備，在轉換過(guò)程中自身需求耗費掉一些電能，而這些電能則被轉化為熱量釋出。電子元件工作的穩定性與老化速度是和環(huán)境溫度息息相關(guān)的。功率電子組件是由多種半導體資料組成的。由于功率元件工作時(shí)的損耗是由其本身發(fā)熱來(lái)流失，所以收縮系數不同的多種資料互相聯(lián)絡(luò )的熱循環(huán)會(huì )惹起十分顯著(zhù)的應力，以至有可能招致霎時(shí)斷裂，使元件失效。若功率元件長(cháng)期工作在異常的溫度條件下，會(huì )引發(fā)將招致斷裂的疲倦。由于半導體存在熱疲倦壽命，這就請求其應該工作在相對穩定和低的溫度范圍內。
同時(shí)快速的冷熱變化會(huì )暫時(shí)的產(chǎn)生半導體溫度差，從而會(huì )產(chǎn)生熱應力與熱沖擊。使元件接受熱――機械應力，當溫差過(guò)大時(shí)，招致元件的不同資料局部產(chǎn)生應力裂紋。使元件過(guò)早失效。這也就請求功率元件應工作在相對穩定的工作溫度范圍內，減少溫度的急劇變化，以消弭熱應力沖擊的影響，保證元件長(cháng)期牢靠的工作。
2、工作溫度對變壓器的絕緣才能影響
變壓器的初級繞組通電后，線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁通在死心活動(dòng)，由于死心自身是導體，在垂直于磁力線(xiàn)的平面上會(huì )產(chǎn)生感應電勢，在死心的斷面上構成閉合回路并產(chǎn)生電流，稱(chēng)為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并使變壓器的死心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗稱(chēng)為“鐵損”。另外要繞制變壓器運用的銅線(xiàn)，這些銅導線(xiàn)存在著(zhù)電阻，電流流過(guò)時(shí)這電阻會(huì )耗費一定的功率，這局部損耗變成熱量而耗費，稱(chēng)這種損耗為“銅損”。所以鐵損和銅損是變壓器工作產(chǎn)生溫升的主要緣由。
由于變壓器工作溫度升，必然形成線(xiàn)圈老化，當其絕緣性能降落后，招致抗市電的沖擊才能削弱。這時(shí)若有雷擊或市電浪涌呈現時(shí)，在變壓器的初級呈現的高反壓會(huì )將變壓器擊穿，使電源失效，同時(shí)還有高壓串入通訊主設備，組成主設備損壞的風(fēng)險。
二、冷卻方式對電源工作溫度的影響
電源的散熱普通采用直接傳導和對傳播導二種方式，直接熱傳導是熱能沿物體從溫度高的一端向溫度低的一端傳送，其熱傳導的才能穩定。對傳播導是液體或氣體經(jīng)過(guò)回轉運動(dòng)，使溫度趨于平均的過(guò)程。由于對傳播導牽扯到動(dòng)力過(guò)程，降溫比擬順速。
將發(fā)元件裝置在金屬散熱器上，經(jīng)過(guò)擠壓熱外表，完成上下不等能量體傳送能量，可以依托大面積的散熱片輻射進(jìn)來(lái)的能量并不多。這種熱傳導方式稱(chēng)為自然冷卻，它對熱量流失延遲時(shí)間較長(cháng)。換熱量Q＝KA△t（K換熱系數，A換熱面積,△t溫度差），若室內環(huán)境溫度偏高，△t的絕對值就小，這時(shí)這種傳熱方式的散熱性能就會(huì )大大降落。
在電源中增加風(fēng)扇將能量轉換中堆積的熱量疾速排出電源之外。風(fēng)扇對散熱片的持續送風(fēng)，則能夠被視為對傳播遞能量。稱(chēng)為風(fēng)扇冷卻，這種散熱方式的延遲時(shí)間短長(cháng)。散熱量 Q＝Km△t（K換熱系數，m換熱空氣質(zhì)量,△t溫度差）,一旦風(fēng)扇發(fā)作轉速降低、停轉，m值將疾速降低，電源中堆積的熱量將會(huì )很難流失，這就會(huì )大大增加電源內電容、變壓器等電子元件的老化速度并影響其輸出質(zhì)量的穩定性，最終招致元器件燒毀、設備失效。
三、 通訊電源散熱的主要辦法及優(yōu)缺陷
通訊開(kāi)關(guān)電源冷去技術(shù)的設計首先要是滿(mǎn)足行業(yè)各項技術(shù)性能請求。為愈加順應通訊機房的特殊環(huán)境運用環(huán)境，請求其冷卻方式對環(huán)境溫度變化順應性強。目前整流器常用的冷卻方式有自然冷卻、純風(fēng)扇冷卻、自然冷卻微風(fēng)扇冷卻相分離三種。自然冷卻具有無(wú)機械毛病，牢靠性高；無(wú)空氣活動(dòng)，灰塵少，有利于散熱；無(wú)噪音等特性。純風(fēng)扇冷卻具有設備重量輕，本錢(qián)低。風(fēng)扇和自然冷卻相分離的技術(shù)具有有效減小設備體積和重量，風(fēng)扇的運用壽命高，風(fēng)扇毛病自順應才能強等特性。
1、自然冷卻
自然冷卻方式是開(kāi)關(guān)電源早期的傳統冷卻方式，這種方式主要是依托大的金屬散熱器來(lái)停止直接的熱傳導式散熱。換熱量Q＝KA△t（K換熱系數，A換熱面積,△t溫度差）。當整流器輸出功率增大時(shí)，其功率元件的溫度會(huì )上升，△t溫度差也增加，所以當整流器A換熱面積足夠時(shí)，其散熱是沒(méi)有時(shí)間滯后，功率元件的溫差小，其熱應力與熱沖擊小。但這種方式的主要缺陷就是散熱片體積和重量大。變壓器的繞制為盡可能降低溫升，避免溫度的上升影響其工作性能，所以其資料選擇的裕量較大，變壓器的體積和重量也大。整流器的資料本錢(qián)高，維護改換不便當。由于其對環(huán)境的干凈度請求不高，目前關(guān)于小容量通訊電源，在些小型專(zhuān)業(yè)通訊網(wǎng)還有局部應用，如電力、石油、廣電、軍隊、水利、國安、公安等。
2、 風(fēng)扇冷卻
隨著(zhù)風(fēng)扇制造技術(shù)的開(kāi)展，風(fēng)扇的工作穩定性和運用壽命有較大的進(jìn)步，其均勻無(wú)毛病時(shí)間是5萬(wàn)小時(shí)。采用風(fēng)扇散熱后能夠減去笨重的散熱器，使得整流器的體積和重量大大改善，原資料本錢(qián)也大大降低。隨市場(chǎng)競爭的加劇，市場(chǎng)價(jià)錢(qián)的下滑，這種技術(shù)已成為當前的主要潮流。
這種方式的主要缺陷是風(fēng)扇的均勻無(wú)毛病時(shí)間較整流器10萬(wàn)小時(shí)時(shí)間短，若風(fēng)扇毛病后對電源的毛病率影響大。所以為保證風(fēng)扇的運用壽命，風(fēng)扇的轉速是隨設備內的溫度變化而變化的。其散熱量 Q＝Km△t（K換熱系數，m換熱空氣質(zhì)量,△t溫度差）。m換熱空氣質(zhì)量是微風(fēng)扇的轉速相關(guān)，當整流器輸出功率增大時(shí)，其功率元件的溫度會(huì )上升，而功率元件溫度的變化到整流器能將這種變化檢測到，再到增加風(fēng)扇的轉速以增強散熱，在時(shí)間上是有很大滯后的。假如負載經(jīng)常突變，或者市電輸入動(dòng)搖大，就會(huì )形成功率元件呈現快速的冷熱變化，這種突變的半導體溫度差產(chǎn)生的熱應力與熱沖擊，會(huì )招致元件的不同資料局部產(chǎn)生應力裂紋。使之過(guò)早失效。
3、 風(fēng)扇和自然冷卻相分離
由于環(huán)境溫度的變化和負載的變化，電源工作時(shí)的耗散熱能，采用風(fēng)扇和自然冷卻方式相分離能夠更快的將熱能分發(fā)進(jìn)來(lái)。這種方式在增加風(fēng)扇散熱的同時(shí)，能夠減少散熱器面積，使得功率元件工作在相對穩定的溫度場(chǎng)條件下，運用壽命不會(huì )由于外部條件變換受影響。這樣不只克制純風(fēng)扇冷卻對的功率元件散熱調理滯后的缺陷，也了防止風(fēng)扇運用壽命低影響整流器的整體牢靠性。特別在機房的環(huán)境溫度很不穩定的狀況下，采用風(fēng)冷和自冷相分離的冷卻技術(shù)具有更好的冷卻性能。這種方式整流器的資料本錢(qián)在純風(fēng)扇冷去和自然冷卻兩種方式之間，重量低，維護便當。
特別在采用智能風(fēng)冷和自冷技術(shù)時(shí)，能夠讓整流器在低負載工作條件下，模塊溫升小，模塊風(fēng)扇處于低速運轉狀態(tài)。在高負載工作條件下，模塊升溫。模塊升溫超越55℃。風(fēng)扇轉速隨溫度變化線(xiàn)性增長(cháng)。風(fēng)扇毛病在位檢測，風(fēng)扇毛病后，風(fēng)扇毛病限流輸出，同時(shí)毛病報警。由于風(fēng)扇運轉數度與負載大小相關(guān)，使得風(fēng)扇的運用壽命比純風(fēng)冷時(shí)要長(cháng)，其牢靠性也大大進(jìn)步。
四、完畢語(yǔ)
通訊開(kāi)關(guān)電源采用風(fēng)扇和自然冷卻相分離的冷卻方式，既能在環(huán)境溫度高的狀況下，有效的降低整流器內部的工作溫度，延長(cháng)器件運用壽命，又能在環(huán)境溫度低及負載低的狀況下，整流器的風(fēng)扇降低轉速工作，延長(cháng)風(fēng)扇的運用壽命。采用散熱器散熱，其器件間距及爬電間隔可相對較遠，在高濕度的狀況下，，平安性能高。整流器體積較小、重量較輕，使維護工作變得輕松。
為保證通訊開(kāi)關(guān)電源的整流器的牢靠穩定工作，減少其工作溫升是一項關(guān)鍵技術(shù)。采用智能風(fēng)冷和自冷相分離技術(shù)。具有對環(huán)境順應性更強，運用壽命長(cháng)，牢靠穩定等技術(shù)優(yōu)勢。
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