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溫度對(duì)通信開(kāi)關(guān)電源性能和壽命的影響
2012-08-03
通信開(kāi)關(guān)電源的主要部件是高頻開(kāi)關(guān)整流器，它是伴隨功率電子學(xué)理論和技術(shù)及功率電子器件的發(fā)展而逐漸發(fā)展成熟的。采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)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(zhì)量和可靠性不斷提高。但是每當(dāng)環(huán)境溫度升高10℃時(shí)，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(jī)械應(yīng)力集中所導(dǎo)致的疲勞失效,鐵磁性材料及其他零部件運(yùn)行時(shí)在交變應(yīng)力持續(xù)作用下,將萌生多種類(lèi)型的微觀內(nèi)部缺陷。因此保證設(shè)備的有效散熱，是保證設(shè)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(guān)系
電源是一種電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中本身需要消耗掉一些電能，而這些電能則被轉(zhuǎn)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(guān)的。功率電子組件是由多種半導(dǎo)體材料組成的。由于功率元件工作時(shí)的損耗是由其自身發(fā)熱來(lái)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(huì)引起非常顯著的應(yīng)力，甚至有可能導(dǎo)致瞬間斷裂，使元件失效。若功率元件長(zhǎng)期工作在異常的溫度條件下，會(huì)引發(fā)將導(dǎo)致斷裂的疲勞。由于半導(dǎo)體存在熱疲勞壽命，這就要求其應(yīng)該工作在相對(duì)穩(wěn)定和低的溫度范圍內(nèi)。
同時(shí)快速的冷熱變化會(huì)暫時(shí)的產(chǎn)生半導(dǎo)體溫度差，從而會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力與熱沖擊。使元件承受熱――機(jī)械應(yīng)力，當(dāng)溫差過(guò)大時(shí)，導(dǎo)致元件的不同材料部分產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。使元件過(guò)早失效。這也就要求功率元件應(yīng)工作在相對(duì)穩(wěn)定的工作溫度范圍內(nèi)，減少溫度的急劇變化，以消除熱應(yīng)力沖擊的影響，保證元件長(zhǎng)期可靠的工作。
2、工作溫度對(duì)變壓器的絕緣能力影響
變壓器的初級(jí)繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動(dòng)，由于鐵心本身是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，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(gè)“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(dǎo)線存在著電阻，電流流過(guò)時(shí)這電阻會(huì)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(dāng)其絕緣性能下降后，導(dǎo)致抗市電的沖擊能力減弱。這時(shí)若有雷擊或市電浪涌出現(xiàn)時(shí)，在變壓器的初級(jí)出現(xiàn)的高反壓會(huì)將變壓器擊穿，使電源失效，同時(shí)還有高壓串入通信主設(shè)備，組成主設(shè)備損壞的危險(xiǎn)。
二、冷卻方式對(duì)電源工作溫度的影響
電源的散熱一般采用直接傳導(dǎo)和對(duì)流傳導(dǎo)二種方式，直接熱傳導(dǎo)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(dǎo)的能力穩(wěn)定。對(duì)流傳導(dǎo)是液體或氣體通過(guò)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使溫度趨于均勻的過(guò)程。由于對(duì)流傳導(dǎo)牽扯到動(dòng)力過(guò)程，降溫比較順?biāo)佟?br /> 將發(fā)元件安裝在金屬散熱器上，通過(guò)擠壓熱表面，實(shí)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(dǎo)方式稱為自然冷卻，它對(duì)熱量散失延遲時(shí)間較長(zhǎng)。換熱量Q＝KA△t（K換熱系數(shù)，A換熱面積,△t溫度差），若室內(nèi)環(huán)境溫度偏高，△t的絕對(duì)值就小，這時(shí)這種傳熱方式的散熱性能就會(huì)大大下降。
在電源中增加風(fēng)扇將能量轉(zhuǎn)換中堆積的熱量迅速排出電源之外。風(fēng)扇對(duì)散熱片的持續(xù)送風(fēng)，則可以被視為對(duì)流傳遞能量。稱為風(fēng)扇冷卻，這種散熱方式的延遲時(shí)間短長(zhǎng)。散熱量 Q＝Km△t（K換熱系數(shù)，m換熱空氣質(zhì)量,△t溫度差）,一旦風(fēng)扇發(fā)生轉(zhuǎn)速降低、停轉(zhuǎn)，m值將迅速降低，電源中堆積的熱量將會(huì)很難散失，這就會(huì)大大增加電源內(nèi)電容、變壓器等電子元件的老化速度并影響其輸出質(zhì)量的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致元器件燒毀、設(shè)備失效。
1、工作溫度與功率電子組件的可靠性和壽命的關(guān)系
電源是一種電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中本身需要消耗掉一些電能，而這些電能則被轉(zhuǎn)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(guān)的。功率電子組件是由多種半導(dǎo)體材料組成的。由于功率元件工作時(shí)的損耗是由其自身發(fā)熱來(lái)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(huì)引起非常顯著的應(yīng)力，甚至有可能導(dǎo)致瞬間斷裂，使元件失效。若功率元件長(zhǎng)期工作在異常的溫度條件下，會(huì)引發(fā)將導(dǎo)致斷裂的疲勞。由于半導(dǎo)體存在熱疲勞壽命，這就要求其應(yīng)該工作在相對(duì)穩(wěn)定和低的溫度范圍內(nèi)。
同時(shí)快速的冷熱變化會(huì)暫時(shí)的產(chǎn)生半導(dǎo)體溫度差，從而會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力與熱沖擊。使元件承受熱――機(jī)械應(yīng)力，當(dāng)溫差過(guò)大時(shí)，導(dǎo)致元件的不同材料部分產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。使元件過(guò)早失效。這也就要求功率元件應(yīng)工作在相對(duì)穩(wěn)定的工作溫度范圍內(nèi)，減少溫度的急劇變化，以消除熱應(yīng)力沖擊的影響，保證元件長(zhǎng)期可靠的工作。
2、工作溫度對(duì)變壓器的絕緣能力影響
變壓器的初級(jí)繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動(dòng)，由于鐵心本身是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，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(gè)“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(dǎo)線存在著電阻，電流流過(guò)時(shí)這電阻會(huì)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(dāng)其絕緣性能下降后，導(dǎo)致抗市電的沖擊能力減弱。這時(shí)若有雷擊或市電浪涌出現(xiàn)時(shí)，在變壓器的初級(jí)出現(xiàn)的高反壓會(huì)將變壓器擊穿，使電源失效，同時(shí)還有高壓串入通信主設(shè)備，組成主設(shè)備損壞的危險(xiǎn)。
二、冷卻方式對(duì)電源工作溫度的影響
電源的散熱一般采用直接傳導(dǎo)和對(duì)流傳導(dǎo)二種方式，直接熱傳導(dǎo)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(dǎo)的能力穩(wěn)定。對(duì)流傳導(dǎo)是液體或氣體通過(guò)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使溫度趨于均勻的過(guò)程。由于對(duì)流傳導(dǎo)牽扯到動(dòng)力過(guò)程，降溫比較順?biāo)佟?br /> 將發(fā)元件安裝在金屬散熱器上，通過(guò)擠壓熱表面，實(shí)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(dǎo)方式稱為自然冷卻，它對(duì)熱量散失延遲時(shí)間較長(zhǎng)。換熱量Q＝KA△t（K換熱系數(shù)，A換熱面積,△t溫度差），若室內(nèi)環(huán)境溫度偏高，△t的絕對(duì)值就小，這時(shí)這種傳熱方式的散熱性能就會(huì)大大下降。
在電源中增加風(fēng)扇將能量轉(zhuǎn)換中堆積的熱量迅速排出電源之外。風(fēng)扇對(duì)散熱片的持續(xù)送風(fēng)，則可以被視為對(duì)流傳遞能量。稱為風(fēng)扇冷卻，這種散熱方式的延遲時(shí)間短長(zhǎng)。散熱量 Q＝Km△t（K換熱系數(shù)，m換熱空氣質(zhì)量,△t溫度差）,一旦風(fēng)扇發(fā)生轉(zhuǎn)速降低、停轉(zhuǎn)，m值將迅速降低，電源中堆積的熱量將會(huì)很難散失，這就會(huì)大大增加電源內(nèi)電容、變壓器等電子元件的老化速度并影響其輸出質(zhì)量的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致元器件燒毀、設(shè)備失效。
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