通信電源散熱的主要方法及優缺點
2012-08-03
通信開關電源冷去技術的設計首先要是滿足行業各項技術性能要求。為更加適應通信機房的特殊環境使用環境，要求其冷卻方式對環境溫度變化適應性強。目前整流器常用的冷卻方式有自然冷卻、純風扇冷卻、自然冷卻和風扇冷卻相結合三種。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。純風扇冷卻具有設備重量輕，成本低。風扇和自然冷卻相結合的技術具有有效減小設備體積和重量，風扇的使用壽命高，風扇故障自適應能力強等特點。
1、自然冷卻
自然冷卻方式是開關電源早期的傳統冷卻方式，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，其功率元件的溫度會上升，△t溫度差也增加，所以當整流器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，在些小型專業通信網還有部分應用，如電力、石油、廣電、軍隊、水利、國安、公安等。
2、風扇冷卻
隨著風扇制造技術的發展，風扇的工作穩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，這種技術已成為當前的主要潮流。
這種方式的主要缺點是風扇的平均無故障時間較整流器10萬小時時間短，若風扇故障后對電源的故障率影響大。所以為保證風扇的使用壽命，風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換熱空氣質量,△t溫度差）。m換熱空氣質量是和風扇的轉速相關，當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，再到增加風扇的轉速以加強散熱，在時間上是有很大滯后的。如果負載經常突變，或者市電輸入波動大，就會造成功率元件出現快速的冷熱變化，這種突變的半導體溫度差產生的熱應力與熱沖擊，會導致元件的不同材料部分產生應力裂紋。使之過早失效。
3、風扇和自然冷卻相結合
由于環境溫度的變化和負載的變化，電源工作時的耗散熱能，采用風扇和自然冷卻方式相結合可以更快的將熱能散發出去。這種方式在增加風扇散熱的同時，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。這樣不僅克服純風扇冷卻對的功率元件散熱調節滯后的缺點，也了避免風扇使用壽命低影響整流器的整體可靠性。尤其在機房的環境溫度很不穩定的情況下，采用風冷和自冷相結合的冷卻技術具有更好的冷卻性能。這種方式整流器的材料成本在純風扇冷去和自然冷卻兩種方式之間，重量低，維護方便。
尤其在采用智能風冷和自冷技術時，可以讓整流器在低負載工作條件下，模塊溫升小，模塊風扇處于低速運轉狀態。在高負載工作條件下，模塊升溫。模塊升溫超過55℃。風扇轉速隨溫度變化線性增長。風扇故障在位檢測，風扇故障后，風扇故障限流輸出，同時故障報警。由于風扇運轉數度與負載大小相關，使得風扇的使用壽命比純風冷時要長，其可靠性也大大提高。
1、自然冷卻
自然冷卻方式是開關電源早期的傳統冷卻方式，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，其功率元件的溫度會上升，△t溫度差也增加，所以當整流器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，在些小型專業通信網還有部分應用，如電力、石油、廣電、軍隊、水利、國安、公安等。
2、風扇冷卻
隨著風扇制造技術的發展，風扇的工作穩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，這種技術已成為當前的主要潮流。
這種方式的主要缺點是風扇的平均無故障時間較整流器10萬小時時間短，若風扇故障后對電源的故障率影響大。所以為保證風扇的使用壽命，風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換熱空氣質量,△t溫度差）。m換熱空氣質量是和風扇的轉速相關，當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，再到增加風扇的轉速以加強散熱，在時間上是有很大滯后的。如果負載經常突變，或者市電輸入波動大，就會造成功率元件出現快速的冷熱變化，這種突變的半導體溫度差產生的熱應力與熱沖擊，會導致元件的不同材料部分產生應力裂紋。使之過早失效。
3、風扇和自然冷卻相結合
由于環境溫度的變化和負載的變化，電源工作時的耗散熱能，采用風扇和自然冷卻方式相結合可以更快的將熱能散發出去。這種方式在增加風扇散熱的同時，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。這樣不僅克服純風扇冷卻對的功率元件散熱調節滯后的缺點，也了避免風扇使用壽命低影響整流器的整體可靠性。尤其在機房的環境溫度很不穩定的情況下，采用風冷和自冷相結合的冷卻技術具有更好的冷卻性能。這種方式整流器的材料成本在純風扇冷去和自然冷卻兩種方式之間，重量低，維護方便。
尤其在采用智能風冷和自冷技術時，可以讓整流器在低負載工作條件下，模塊溫升小，模塊風扇處于低速運轉狀態。在高負載工作條件下，模塊升溫。模塊升溫超過55℃。風扇轉速隨溫度變化線性增長。風扇故障在位檢測，風扇故障后，風扇故障限流輸出，同時故障報警。由于風扇運轉數度與負載大小相關，使得風扇的使用壽命比純風冷時要長，其可靠性也大大提高。
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