通信开关电源整流器常用的散热方式

电力18讯：    
　　通信开关电源冷却技术的设计首先要是满足行业各项技术性能要求。为更加适应通信机房的特殊环境使用环境，要求其冷却方式对环境温度变化适应性强。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

　　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

　　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

　　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。

　　为保证通信开关电源的整流器的可靠稳定工作，减少其工作温升是一项关键技术。采用智能风冷和自冷相结合技术。具有对环境适应性更强，使用寿命长，可靠稳定等技术优势。

来源：中国电力电子产业网