開關電源冷卻方式對性能和使用壽命的影響

二、冷卻方式對電源工作溫度的影響

電源的散熱一般采用直接傳導和對流傳導二種方式，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遞，其熱傳導的能力穩(wěn)定。對流傳導是液體或氣體通過回轉運動，使溫度趨于均勻的過程。由于對流傳導牽扯到動力過程，降溫比較順速。

將發(fā)元件安裝在金屬散熱器上，通過擠壓熱表面，實現高低不等能量體傳遞能量，能夠依靠大面積的散熱片輻射出去的能量并不多。這種熱傳導方式稱為自然冷卻，它對熱量散失延遲時間較長。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，這時這種傳熱方式的散熱性能就會大大下降。

在電源中增加風扇將能量轉換中堆積的熱量迅速排出電源之外。風扇對散熱片的持續(xù)送風，則可以被視為對流傳遞能量。稱為風扇冷卻，這種散熱方式的延遲時間短長。散熱量Q＝Km△t（K換熱系數，m換熱空氣質量,△t溫度差）,一旦風扇發(fā)生轉速降低、停轉，m值將迅速降低，電源中堆積的熱量將會很難散失，這就會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量的穩(wěn)定性，最終導致元器件燒毀、設備失效。

三、通信電源散熱的主要方法及優(yōu)缺點

通信開關電源冷去技術的設計首先要是滿足行業(yè)各項技術性能要求。為更加適應通信機房的特殊環(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(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(fā)展，風扇的工作穩(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。