Шум от аппарата искусственной вентиляции легких может представлять проблему. Для оборудования, предназначенного для лабораторий или диспетчерских, где оператор работает в непосредственной близости от устройства, уровень шума следует свести к минимуму. Медицинское оборудование, используемое вблизи пациента в течение длительного времени, такое как мониторы жизненно важных показателей или инфузионные насосы, также должно быть максимально тихим.
Еще один важный момент, касающийся вентиляторов, — их надежность. Короткий срок службы этих компонентов может привести к их выходу из строя во время эксплуатации, вызывая перегрев блока питания или требуя более частого технического обслуживания или замены до окончания срока службы.
Для систем, требующих высокого класса защиты IP, вентиляторы не подходят, поскольку допускается лишь минимальная вентиляция для предотвращения попадания вредных жидкостей и твердых веществ в оборудование.
Например, любое оборудование, используемое в пищевой промышленности, должно иметь высокий класс защиты IP, поскольку в окружающей среде будут присутствовать жидкости и твердые вещества. При более низких классах защиты IP может быть достаточно удаления пыли и других частиц из промышленного оборудования, даже с использованием вентилятора, но часто потребуются воздушные фильтры. Эти фильтры потребуют планового технического обслуживания для периодической очистки или замены, что нежелательно.
Конвекционная вентиляция:
Если ваше применение ограничивает использование вентилятора, вам потребуется либо конвекционная, либо кондуктивная вентиляция.
Кондуктивное охлаждение предполагает крепление блока питания к большому радиатору или теплоотводу, отводя тепло от устройства. Это особенно подходит для мощных приложений с высоким тепловыделением, но может быть сложным и дорогостоящим в реализации.
В этой статье рассматривается конвекционное охлаждение как более простой подход для маломощных устройств.
Конвекционное, или ненавязчивое, охлаждение означает наличие достаточного количества свободного воздуха вокруг источника питания, что позволяет ему рассеивать необходимое количество тепла без значительного повышения температуры окружающей среды. Естественные конвекционные потоки внутри устройства охлаждают источник питания. В результате, при заданной эффективности, существует значительная разница в удельной мощности, обеспечиваемой источниками питания, требующими принудительного (вентиляторного) охлаждения, и источниками, требующими конвекционного охлаждения. Типичный блок питания с конвекционным охлаждением размером 3 x 5 дюймов может иметь мощность 150 Вт, в то время как блок питания с принудительным охлаждением будет иметь мощность 350 Вт.
Важно понимать потенциальные ограничения, в которых будет работать блок питания с конвекционным охлаждением, чтобы обеспечить срок службы и надежность его конструкции.
Эффективность
еще важнее для конвекционного охлаждения, чем для принудительного, поскольку все тепло останется внутри оборудования. Если через устройство можно подавать воздух, рассеивая на несколько ватт больше, это не будет столь значительным. Каждый процентный пункт увеличения эффективности означает меньшее рассеивание тепла, и технологии постоянно улучшают достижимую эффективность (рис. 1).
При выборе блока питания с конвекционным охлаждением для вашей системы следует выбирать наиболее эффективный вариант, соответствующий вашему бюджету. Например, если для вашего приложения требуется максимальная эффективность, XP Power CCB200 достигает 94% эффективности. Этот блок питания мощностью 200 Вт рассеивает всего 12 Вт при своих 3 x 5 дюймах. 5-дюймовый форм-фактор (рис. 2). Для более экономичных применений альтернативой может стать GCS180, который обеспечивает 150 Вт без принудительного охлаждения и имеет КПД 92%.
Рекомендуется убедиться, что все заявления производителя в документации подтверждаются фактическим КПД; в противном случае, вероятно, проблема заключается в охлаждении.
На значение КПД, указанное в документации, могут влиять несколько факторов. Этот КПД, как правило, является наилучшим вариантом и, следовательно, не будет соответствовать ожидаемым характеристикам во всем диапазоне технических характеристик источника питания.
Например, входное напряжение влияет на КПД в реальных условиях эксплуатации. Многие производители источников переменного/постоянного тока указывают универсальное входное напряжение. Однако в США, где входное напряжение примерно вдвое меньше, чем в Европе (230 В), входной ток необходимо удвоить для получения того же количества мощности. Работа с высокими токами приводит к большим потерям в различных компонентах источника питания, и КПД снижается. Если рассматривать только резистивные потери, то потери мощности составляют I²R, поэтому удвоение входного тока (при переключении с высокого на низкое входное напряжение) увеличивает потери мощности в четыре раза. Переход от напряжения в США (115 В переменного тока) к напряжению в такой стране, как Япония (90 В переменного тока), увеличивает входной ток еще на 28%, что приводит к потерям в 65%.
Во многих технических характеристиках приводятся данные об эффективности только для высоких значений входного напряжения.
Значения конвекции:
Следующее, что следует проверить в документации, — это значения, указанные на графике блока питания. Вас может удивить, что не существует общепринятого в отрасли способа предоставления этой информации производителями — методы сильно различаются.
Блоки питания тестируются в климатических камерах, но в некоторых из них для поддержания температуры используются вентиляторы, что непреднамеренно создает поток воздуха вокруг блока питания. Очевидно, этого следует избегать, если вы хотите точно измерить условия конвекции, поскольку даже небольшое количество воздуха может повлиять на результат. В XP мы помещаем наши блоки питания в камеру, но внутри бокса, и поддерживаем температуру окружающей среды, исходя из температуры внутри этого бокса, чтобы получить точное представление о производительности блока питания.
Это обеспечивает согласованность между группами разработчиков и повторяемость, что также является проблемой при проведении термических испытаний. Информация о том, как тестируется продукт, не упоминается в исходной документации, но она влияет на указанные значения.
При соблюдении требований безопасности, будь то в промышленной, медицинской или ИТ-сфере, существуют максимальные значения температуры для определенных компонентов (например, трансформаторов), которые должны быть соблюдены. Важно помнить, что безопасные температуры — это максимально допустимые значения, а не рекомендация для номинального использования.
Если блок питания должен постоянно работать при безопасной температуре, даже если он прошел сертификацию UL, срок службы компонентов сократится. Для обеспечения длительного срока службы система должна работать при максимально низкой температуре.
Советы и рекомендации:
Еще один важный момент при проектировании с конвекционным охлаждением — это то, что блок питания предназначен для горизонтальной или вертикальной установки. Его никогда не следует устанавливать вверх ногами, так как выделяемое им тепло поднимается вверх, и не рекомендуется размещать печатную плату над горячими компонентами.
Также не забывайте учитывать, что другие компоненты системы будут нагреваться. Используете ли вы большой процессор? Дисплей? А как насчет насосов или двигателей? Эти компоненты, которые явно выделяют тепло, нуждаются в охлаждении и будут выделять тепло внутри системы.
В заключение, хотя конвекционное охлаждение не выделяет столько тепла, сколько принудительная вентиляция, в некоторых случаях отсутствие вентилятора является необходимым. Поскольку остаточное тепло остается внутри оборудования, важно выбрать источник тепла с максимально возможной эффективностью и тщательно проверить технические характеристики производителя, чтобы убедиться, что он соответствует требованиям вашего оборудования.
