開關電源冷卻方式對性能和使用壽命的影響

中心議題：

溫度對開關電源性能和壽命的影響

冷卻方式對電源工作溫度的影響

電源散熱的主要方法及優缺點

解決方案：

自然冷卻

風扇冷卻

風扇和自然冷卻相結合

通信開關電源是通信的基礎設施，一旦出現故障就會導致非常嚴重的后果。我們在實踐工作中的統計結果證實，造成數據丟失、硬件故障和停機的主要原因是通信開關電源系統的失效。而電源機房工作環境溫度的變化對開關電源的工作穩定性能和使用壽命及其相關，因此，電源選擇合適的冷卻方式,可以保證通信電源的可靠使用。

一、溫度對通信開關電源性能和壽命的影響

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展而逐漸發展成熟的。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。但是每當環境溫度升高10℃時，主要功率元件的壽命減少50％。出現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。電子元件工作的穩定性與老化速度是和環境溫度息息相關的。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熱來散失，所以膨脹系數不同的多種材料相互聯系的熱循環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定和低的溫度范圍內。

同時快速的冷熱變化會暫時的產生半導體溫度差，從而會產生熱應力與熱沖擊。使元件承受熱DD機械應力，當溫差過大時，導致元件的不同材料部分產生應力裂紋。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生感應電勢，在鐵心的斷面上形成閉合回路并產生電流，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熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產生的損耗稱為“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時，在變壓器的初級出現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。