溫度對通信開關電源性能和壽命的影響
2012-08-03
通信開關電源的主要部件是高頻開關整流器，它是伴隨功率電子學理論和技術及功率電子器件的發(fā)展而逐漸發(fā)展成熟的。采用軟開關技術的整流器，功耗變得更小，溫度更低，體積和重量都有大幅度下降，整體質量和可靠性不斷提高。但是每當環(huán)境溫度升高10℃時，主要功率元件的壽命減少50％。出現(xiàn)這樣壽命迅速下降的原因都是由于溫度的變化。由各種微觀和宏觀機械應力集中所導致的疲勞失效,鐵磁性材料及其他零部件運行時在交變應力持續(xù)作用下,將萌生多種類型的微觀內部缺陷。因此保證設備的有效散熱，是保證設備可靠性和壽命的必要條件。
1、工作溫度與功率電子組件的可靠性和壽命的關系
電源是一種電能轉換設備，在轉換過程中本身需要消耗掉一些電能，而這些電能則被轉化為熱量釋出。電子元件工作的穩(wěn)定性與老化速度是和環(huán)境溫度息息相關的。功率電子組件是由多種半導體材料組成的。由于功率元件工作時的損耗是由其自身發(fā)熱來散失，所以膨脹系數(shù)不同的多種材料相互聯(lián)系的熱循環(huán)會引起非常顯著的應力，甚至有可能導致瞬間斷裂，使元件失效。若功率元件長期工作在異常的溫度條件下，會引發(fā)將導致斷裂的疲勞。由于半導體存在熱疲勞壽命，這就要求其應該工作在相對穩(wěn)定和低的溫度范圍內。
同時快速的冷熱變化會暫時的產(chǎn)生半導體溫度差，從而會產(chǎn)生熱應力與熱沖擊。使元件承受熱――機械應力，當溫差過大時，導致元件的不同材料部分產(chǎn)生應力裂紋。使元件過早失效。這也就要求功率元件應工作在相對穩(wěn)定的工作溫度范圍內，減少溫度的急劇變化，以消除熱應力沖擊的影響，保證元件長期可靠的工作。
2、工作溫度對變壓器的絕緣能力影響
變壓器的初級繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動，由于鐵心本身是導體，在垂直于磁力線的平面上會產(chǎn)生感應電勢，在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，并使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗稱為“鐵損”。另外要繞制變壓器使用的銅線，這些銅導線存在著電阻，電流流過時這電阻會消耗一定的功率，這部分損耗變成熱量而消耗，稱這種損耗為“銅損”。所以鐵損和銅損是變壓器工作產(chǎn)生溫升的主要原因。
由于變壓器工作溫度升，必然造成線圈老化，當其絕緣性能下降后，導致抗市電的沖擊能力減弱。這時若有雷擊或市電浪涌出現(xiàn)時，在變壓器的初級出現(xiàn)的高反壓會將變壓器擊穿，使電源失效，同時還有高壓串入通信主設備，組成主設備損壞的危險。
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(xiàn)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(shù)，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(shù)，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。
1、工作溫度與功率電子組件的可靠性和壽命的關系
電源是一種電能轉換設備，在轉換過程中本身需要消耗掉一些電能，而這些電能則被轉化為熱量釋出。電子元件工作的穩(wěn)定性與老化速度是和環(huán)境溫度息息相關的。功率電子組件是由多種半導體材料組成的。由于功率元件工作時的損耗是由其自身發(fā)熱來散失，所以膨脹系數(shù)不同的多種材料相互聯(lián)系的熱循環(huán)會引起非常顯著的應力，甚至有可能導致瞬間斷裂，使元件失效。若功率元件長期工作在異常的溫度條件下，會引發(fā)將導致斷裂的疲勞。由于半導體存在熱疲勞壽命，這就要求其應該工作在相對穩(wěn)定和低的溫度范圍內。
同時快速的冷熱變化會暫時的產(chǎn)生半導體溫度差，從而會產(chǎn)生熱應力與熱沖擊。使元件承受熱――機械應力，當溫差過大時，導致元件的不同材料部分產(chǎn)生應力裂紋。使元件過早失效。這也就要求功率元件應工作在相對穩(wěn)定的工作溫度范圍內，減少溫度的急劇變化，以消除熱應力沖擊的影響，保證元件長期可靠的工作。
2、工作溫度對變壓器的絕緣能力影響
變壓器的初級繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動，由于鐵心本身是導體，在垂直于磁力線的平面上會產(chǎn)生感應電勢，在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，并使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗稱為“鐵損”。另外要繞制變壓器使用的銅線，這些銅導線存在著電阻，電流流過時這電阻會消耗一定的功率，這部分損耗變成熱量而消耗，稱這種損耗為“銅損”。所以鐵損和銅損是變壓器工作產(chǎn)生溫升的主要原因。
由于變壓器工作溫度升，必然造成線圈老化，當其絕緣性能下降后，導致抗市電的沖擊能力減弱。這時若有雷擊或市電浪涌出現(xiàn)時，在變壓器的初級出現(xiàn)的高反壓會將變壓器擊穿，使電源失效，同時還有高壓串入通信主設備，組成主設備損壞的危險。
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(xiàn)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(shù)，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(shù)，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。
最新資訊
