一,、溫度對(duì)通信開(kāi)關(guān)電源性能和壽命的影響

　　隨著功率電子學(xué)理論和技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展,，通信開(kāi)關(guān)也得到了進(jìn)一步的發(fā)揮，這樣的趨勢(shì)也給通信應(yīng)用上帶了了顯著的后備力量,。通信開(kāi)關(guān)電源的主要部件是高頻開(kāi)關(guān)整流器,，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?/p>

　　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,。

　　三,、 通信電源散熱的主要方法及優(yōu)缺點(diǎn)

　　通信開(kāi)關(guān)電源冷去技術(shù)的設(shè)計(jì)首先要是滿足行業(yè)各項(xiàng)技術(shù)性能要求。為更加適應(yīng)通信機(jī)房的特殊環(huán)境使用環(huán)境,，要求其冷卻方式對(duì)環(huán)境溫度變化適應(yīng)性強(qiáng),。目前整流器常用的冷卻方式有自然冷卻,、純風(fēng)扇冷卻、自然冷卻和風(fēng)扇冷卻相結(jié)合三種,。自然冷卻具有無(wú)機(jī)械故障,，可靠性高；無(wú)空氣流動(dòng),，灰塵少,，有利于散熱；無(wú)噪音等特點(diǎn),。純風(fēng)扇冷卻具有設(shè)備重量輕,，成本低。風(fēng)扇和自然冷卻相結(jié)合的技術(shù)具有有效減小設(shè)備體積和重量,，風(fēng)扇的使用壽命高,，風(fēng)扇故障自適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

　　1,、自然冷卻

　　自然冷卻方式是開(kāi)關(guān)電源早期的傳統(tǒng)冷卻方式,，這種方式主要是依靠大的金屬散熱器來(lái)進(jìn)行直接的熱傳導(dǎo)式散熱。換熱量Q＝KA△t（K換熱系數(shù),，A換熱面積,△t溫度差）。當(dāng)整流器輸出功率增大時(shí),，其功率元件的溫度會(huì)上升,，△t溫度差也增加，所以當(dāng)整流器A換熱面積足夠時(shí),，其散熱是沒(méi)有時(shí)間滯后,，功率元件的溫差小，其熱應(yīng)力與熱沖擊小,。但這種方式的主要缺點(diǎn)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(hù)更換不方便,。由于其對(duì)環(huán)境的潔凈度要求不高，目前對(duì)于小容量通信電源,，在些小型專業(yè)通信網(wǎng)還有部分應(yīng)用,，如電力、石油,、廣電,、*,、水利、國(guó)安,、公安等,。

　　2、 風(fēng)扇冷卻

　　隨著風(fēng)扇制造技術(shù)的發(fā)展,，風(fēng)扇的工作穩(wěn)定性和使用壽命有較大的進(jìn)步,，其平均無(wú)故障時(shí)間是5萬(wàn)小時(shí)。采用風(fēng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇,，市場(chǎng)價(jià)格的下滑,，這種技術(shù)已成為當(dāng)前的主要潮流。

　　這種方式的主要缺點(diǎn)是風(fēng)扇的平均無(wú)故障時(shí)間較整流器10萬(wàn)小時(shí)時(shí)間短,，若風(fēng)扇故障后對(duì)電源的故障率影響大,。所以為保證風(fēng)扇的使用壽命，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是隨設(shè)備內(nèi)的溫度變化而變化的,。其散熱量 Q＝Km△t（K換熱系數(shù),，m換熱空氣質(zhì)量,△t溫度差）。m換熱空氣質(zhì)量是和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速相關(guān),，當(dāng)整流器輸出功率增大時(shí),，其功率元件的溫度會(huì)上升，而功率元件溫度的變化到整流器能將這種變化檢測(cè)到,，再到增加風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以加強(qiáng)散熱,，在時(shí)間上是有很大滯后的。如果負(fù)載經(jīng)常突變,，或者市電輸入波動(dòng)大,，就會(huì)造成功率元件出現(xiàn)快速的冷熱變化，這種突變的半導(dǎo)體溫度差產(chǎn)生的熱應(yīng)力與熱沖擊,，會(huì)導(dǎo)致元件的不同材料部分產(chǎn)生應(yīng)力裂紋,。使之過(guò)早失效。

　　3,、 風(fēng)扇和自然冷卻相結(jié)合

　　由于環(huán)境溫度的變化和負(fù)載的變化,，電源工作時(shí)的耗散熱能，采用風(fēng)扇和自然冷卻方式相結(jié)合可以更快的將熱能散發(fā)出去,。這種方式在增加風(fēng)扇散熱的同時(shí),，可以減少散熱器面積，使得功率元件工作在相對(duì)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)條件下,，使用壽命不會(huì)因?yàn)橥獠織l件變換受影響,。這樣不僅克服純風(fēng)扇冷卻對(duì)的功率元件散熱調(diào)節(jié)滯后的缺點(diǎn),，也了避免風(fēng)扇使用壽命低影響整流器的整體可靠性。尤其在機(jī)房的環(huán)境溫度很不穩(wěn)定的情況下,，采用風(fēng)冷和自冷相結(jié)合的冷卻技術(shù)具有更好的冷卻性能,。這種方式整流器的材料成本在純風(fēng)扇冷去和自然冷卻兩種方式之間，重量低,，維護(hù)方便,。

　　尤其在采用智能風(fēng)冷和自冷技術(shù)時(shí)，可以讓整流器在低負(fù)載工作條件下,，模塊溫升小,，模塊風(fēng)扇處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在高負(fù)載工作條件下,，模塊升溫,。模塊升溫超過(guò)55℃。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨溫度變化線性增長(zhǎng),。風(fēng)扇故障在位檢測(cè),，風(fēng)扇故障后，風(fēng)扇故障限流輸出,，同時(shí)故障報(bào)警,。由于風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)度與負(fù)載大小相關(guān)，使得風(fēng)扇的使用壽命比純風(fēng)冷時(shí)要長(zhǎng),，其可靠性也大大提高,。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　通信開(kāi)關(guān)電源采用風(fēng)扇和自然冷卻相結(jié)合的冷卻方式,，既能在環(huán)境溫度高的情況下，有效的降低整流器內(nèi)部的工作溫度,，延長(zhǎng)器件使用壽命,，又能在環(huán)境溫度低及負(fù)載低的情況下，整流器的風(fēng)扇降低轉(zhuǎn)速工作,，延長(zhǎng)風(fēng)扇的使用壽命,。采用散熱器散熱，其器件間距及爬電距離可相對(duì)較遠(yuǎn),，在高濕度的情況下,，，安全性能高,。整流器體積較小,、重量較輕，使維護(hù)工作變得輕松,。

　　為保證通信開(kāi)關(guān)電源的整流器的可靠穩(wěn)定工作,，減少其工作溫升是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),。采用智能風(fēng)冷和自冷相結(jié)合技術(shù)。具有對(duì)環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng),，使用壽命長(zhǎng),，可靠穩(wěn)定等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。