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溫度對(duì)通信開關(guān)電源性能和壽命的影響

作者：轉(zhuǎn)載   2010-11-03

    通信開關(guān)電源的主要部件是高頻開關(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，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)。
    通信開關(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，可靠穩(wěn)定等技術(shù)優(yōu)勢。