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通信電源散熱的主要方法及優(yōu)缺點
2012-08-03
通信開關(guān)電源冷去技術(shù)的設(shè)計首先要是滿足行業(yè)各項技術(shù)性能要求。為更加適應(yīng)通信機房的特殊環(huán)境使用環(huán)境，要求其冷卻方式對環(huán)境溫度變化適應(yīng)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、自然冷卻和風(fēng)扇冷卻相結(jié)合三種。自然冷卻具有無機械故障，可靠性高；無空氣流動，灰塵少，有利于散熱；無噪音等特點。純風(fēng)扇冷卻具有設(shè)備重量輕，成本低。風(fēng)扇和自然冷卻相結(jié)合的技術(shù)具有有效減小設(shè)備體積和重量，風(fēng)扇的使用壽命高，風(fēng)扇故障自適應(yīng)能力強等特點。
1、自然冷卻
自然冷卻方式是開關(guān)電源早期的傳統(tǒng)冷卻方式，這種方式主要是依靠大的金屬散熱器來進行直接的熱傳導(dǎo)式散熱。換熱量Q＝KA△t（K換熱系數(shù)，A換熱面積,△t溫度差）。當(dāng)整流器輸出功率增大時，其功率元件的溫度會上升，△t溫度差也增加，所以當(dāng)整流器A換熱面積足夠時，其散熱是沒有時間滯后，功率元件的溫差小，其熱應(yīng)力與熱沖擊小。但這種方式的主要缺點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，防止溫度的上升影響其工作性能，所以其材料選擇的裕量較大，變壓器的體積和重量也大。整流器的材料成本高，維護更換不方便。由于其對環(huán)境的潔凈度要求不高，目前對于小容量通信電源，在些小型專業(yè)通信網(wǎng)還有部分應(yīng)用，如電力、石油、廣電、軍隊、水利、國安、公安等。
2、風(fēng)扇冷卻
隨著風(fēng)扇制造技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)扇的工作穩(wěn)定性和使用壽命有較大的進步，其平均無故障時間是5萬小時。采用風(fēng)扇散熱后可以減去笨重的散熱器，使得整流器的體積和重量大大改善，原材料成本也大大降低。隨市場競爭的加劇，市場價格的下滑，這種技術(shù)已成為當(dāng)前的主要潮流。
這種方式的主要缺點是風(fēng)扇的平均無故障時間較整流器10萬小時時間短，若風(fēng)扇故障后對電源的故障率影響大。所以為保證風(fēng)扇的使用壽命，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是隨設(shè)備內(nèi)的溫度變化而變化的。其散熱量 Q＝Km△t（K換熱系數(shù)，m換熱空氣質(zhì)量,△t溫度差）。m換熱空氣質(zhì)量是和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速相關(guān)，當(dāng)整流器輸出功率增大時，其功率元件的溫度會上升，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(zhuǎn)速以加強散熱，在時間上是有很大滯后的。如果負載經(jīng)常突變，或者市電輸入波動大，就會造成功率元件出現(xiàn)快速的冷熱變化，這種突變的半導(dǎo)體溫度差產(chǎn)生的熱應(yīng)力與熱沖擊，會導(dǎo)致元件的不同材料部分產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。使之過早失效。
3、風(fēng)扇和自然冷卻相結(jié)合
由于環(huán)境溫度的變化和負載的變化，電源工作時的耗散熱能，采用風(fēng)扇和自然冷卻方式相結(jié)合可以更快的將熱能散發(fā)出去。這種方式在增加風(fēng)扇散熱的同時，可以減少散熱器面積，使得功率元件工作在相對穩(wěn)定的溫度場條件下，使用壽命不會因為外部條件變換受影響。這樣不僅克服純風(fēng)扇冷卻對的功率元件散熱調(diào)節(jié)滯后的缺點，也了避免風(fēng)扇使用壽命低影響整流器的整體可靠性。尤其在機房的環(huán)境溫度很不穩(wěn)定的情況下，采用風(fēng)冷和自冷相結(jié)合的冷卻技術(shù)具有更好的冷卻性能。這種方式整流器的材料成本在純風(fēng)扇冷去和自然冷卻兩種方式之間，重量低，維護方便。
尤其在采用智能風(fēng)冷和自冷技術(shù)時，可以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(zhuǎn)狀態(tài)。在高負載工作條件下，模塊升溫。模塊升溫超過55℃。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨溫度變化線性增長。風(fēng)扇故障在位檢測，風(fēng)扇故障后，風(fēng)扇故障限流輸出，同時故障報警。由于風(fēng)扇運轉(zhuǎn)數(shù)度與負載大小相關(guān)，使得風(fēng)扇的使用壽命比純風(fēng)冷時要長，其可靠性也大大提高。
1、自然冷卻
自然冷卻方式是開關(guān)電源早期的傳統(tǒng)冷卻方式，這種方式主要是依靠大的金屬散熱器來進行直接的熱傳導(dǎo)式散熱。換熱量Q＝KA△t（K換熱系數(shù)，A換熱面積,△t溫度差）。當(dāng)整流器輸出功率增大時，其功率元件的溫度會上升，△t溫度差也增加，所以當(dāng)整流器A換熱面積足夠時，其散熱是沒有時間滯后，功率元件的溫差小，其熱應(yīng)力與熱沖擊小。但這種方式的主要缺點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，防止溫度的上升影響其工作性能，所以其材料選擇的裕量較大，變壓器的體積和重量也大。整流器的材料成本高，維護更換不方便。由于其對環(huán)境的潔凈度要求不高，目前對于小容量通信電源，在些小型專業(yè)通信網(wǎng)還有部分應(yīng)用，如電力、石油、廣電、軍隊、水利、國安、公安等。
2、風(fēng)扇冷卻
隨著風(fēng)扇制造技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)扇的工作穩(wěn)定性和使用壽命有較大的進步，其平均無故障時間是5萬小時。采用風(fēng)扇散熱后可以減去笨重的散熱器，使得整流器的體積和重量大大改善，原材料成本也大大降低。隨市場競爭的加劇，市場價格的下滑，這種技術(shù)已成為當(dāng)前的主要潮流。
這種方式的主要缺點是風(fēng)扇的平均無故障時間較整流器10萬小時時間短，若風(fēng)扇故障后對電源的故障率影響大。所以為保證風(fēng)扇的使用壽命，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是隨設(shè)備內(nèi)的溫度變化而變化的。其散熱量 Q＝Km△t（K換熱系數(shù)，m換熱空氣質(zhì)量,△t溫度差）。m換熱空氣質(zhì)量是和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速相關(guān)，當(dāng)整流器輸出功率增大時，其功率元件的溫度會上升，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(zhuǎn)速以加強散熱，在時間上是有很大滯后的。如果負載經(jīng)常突變，或者市電輸入波動大，就會造成功率元件出現(xiàn)快速的冷熱變化，這種突變的半導(dǎo)體溫度差產(chǎn)生的熱應(yīng)力與熱沖擊，會導(dǎo)致元件的不同材料部分產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。使之過早失效。
3、風(fēng)扇和自然冷卻相結(jié)合
由于環(huán)境溫度的變化和負載的變化，電源工作時的耗散熱能，采用風(fēng)扇和自然冷卻方式相結(jié)合可以更快的將熱能散發(fā)出去。這種方式在增加風(fēng)扇散熱的同時，可以減少散熱器面積，使得功率元件工作在相對穩(wěn)定的溫度場條件下，使用壽命不會因為外部條件變換受影響。這樣不僅克服純風(fēng)扇冷卻對的功率元件散熱調(diào)節(jié)滯后的缺點，也了避免風(fēng)扇使用壽命低影響整流器的整體可靠性。尤其在機房的環(huán)境溫度很不穩(wěn)定的情況下，采用風(fēng)冷和自冷相結(jié)合的冷卻技術(shù)具有更好的冷卻性能。這種方式整流器的材料成本在純風(fēng)扇冷去和自然冷卻兩種方式之間，重量低，維護方便。
尤其在采用智能風(fēng)冷和自冷技術(shù)時，可以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(zhuǎn)狀態(tài)。在高負載工作條件下，模塊升溫。模塊升溫超過55℃。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨溫度變化線性增長。風(fēng)扇故障在位檢測，風(fēng)扇故障后，風(fēng)扇故障限流輸出，同時故障報警。由于風(fēng)扇運轉(zhuǎn)數(shù)度與負載大小相關(guān)，使得風(fēng)扇的使用壽命比純風(fēng)冷時要長，其可靠性也大大提高。
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