呼吸机的噪音可能造成干扰。对于实验室或控制室等操作人员需要近距离使用的设备,噪音应尽可能降低。长时间在患者附近使用的医疗设备,例如生命体征监护仪或输液泵,也需要尽可能保持安静。.
风扇的另一个需要考虑的因素是其可靠性。这些组件的寿命较短,可能在使用过程中发生故障,导致电源过热,或者在使用寿命结束前就需要更频繁的维护或更换。
对于需要高防护等级(IP)的系统,风扇并不适用,因为此类系统仅允许最低限度的通风,以防止有害液体和固体进入设备。
例如,任何用于食品加工的设备都需要高防护等级,因为环境中会存在液体和固体。对于防护等级较低的设备,或许只需清除工业设备中的灰尘和其他颗粒物即可,甚至可以使用风扇,但通常仍需要空气过滤器。这些过滤器需要定期维护,进行定期清洁或更换,这并不理想。
对流通风:
如果您的应用限制了风扇的使用,则需要采用对流或传导通风。
传导冷却是指将电源用螺栓固定到大型散热器或散热片上,从而将热量从设备中散发出去。这种方法特别适用于高功率、高发热的应用,但实施起来可能既复杂又昂贵。
本文重点介绍对流散热,这是一种适用于低功耗设备的更简便的散热方式。
对流散热,也称为非强制散热,是指电源周围有足够的自由空气,使其能够在不显著升高环境温度的情况下散发所需的热量。设备内部的自然对流即可冷却电源。因此,在相同的效率下,需要强制(风扇)散热的电源和需要对流散热的电源在功率密度方面存在显著差异。典型的 3 x 5 英寸自然对流散热电源功率可能为 150W,而需要强制散热的电源功率则为 350W。
为了确保电源的使用寿命和可靠性,了解自然对流散热电源的潜在运行限制至关重要。
效率
比强制散热更为重要,因为所有热量都会留在设备内部。即使有少量空气流过设备,从而散发出额外的几瓦热量,其影响也微乎其微。效率每提高一个百分点,散热量就减少一个百分点,而技术也在不断提高可实现的效率(图 1)。
在为您的系统选择自然对流散热电源时,您应该选择符合预算且效率最高的电源。例如,如果您的应用需要最高效率,XP Power CCB200 的效率可达 94%。这款 200W 的电源采用 3 x 5 英寸的外形尺寸,功耗仅为 12W。 (图 2)。对于成本敏感型应用,GCS180 是一个不错的选择,它无需强制散热即可提供 150W 的功率,效率高达 92%。
建议核实文档中所有制造商声明的效率是否与实际效率相符;否则,散热很可能是问题所在。
文档中提供的效率值会受到多种因素的影响。该效率值通常是最佳情况下的效率,因此并非电源在整个规格范围内的预期性能。
例如,输入电压会影响实际应用中的效率。许多 AC/DC 电源制造商都标明了通用输入电压。然而,在美国,输入电压约为欧洲(230V)的一半,因此需要将输入电流加倍才能产生相同的功率。高电流会导致电源各个组件的损耗增大,从而降低效率。仅考虑电阻损耗,功率损耗为 I²R,因此,输入电流加倍(从高输入电压切换到低输入电压时)会使功率损耗增加四倍。将电压从美国标准电压(115V 交流电)切换到日本等国家的标准电压(90V 交流电)会使输入电流额外增加 28%,从而造成 65% 的损耗。
许多产品规格说明只提供高输入电压下的效率数据。
对流值:
接下来需要查看文档的是电源的图表数值。您可能会惊讶地发现,制造商在提供此类信息方面并没有统一的行业标准——各家厂商的做法差异很大。
电源通常在气候箱中进行测试,但有些气候箱使用风扇来维持温度,这会无意中在电源周围形成气流。显然,如果您想准确测量对流条件,就必须避免这种情况,因为即使是少量的气流也会产生影响。在 XP,我们将电源放置在气候箱内,但装在一个盒子里,并根据盒子内的温度来维持环境温度,从而准确了解电源的性能。
这确保了不同设计团队之间的一致性和可重复性,而这在进行热测试时也是一个挑战。产品测试方法的信息在原始文档中并未提及,但这确实会影响到指定的数值。
在满足安全要求时,无论是工业、医疗还是 IT 市场,某些组件(例如变压器)都必须满足最高温度限制。务必记住,安全温度是允许的最高温度值,而非建议的正常使用温度。
即使电源通过了UL认证,如果必须持续在安全温度下运行,也会缩短组件的使用寿命。为了确保系统拥有较长的使用寿命,必须尽可能降低系统温度。
提示和技巧:
使用对流散热设计时,还需注意电源的设计用途是水平或垂直安装。切勿倒置安装,因为电源产生的热量会上升,而且不建议将PCB板放置在高温组件上方。
此外,不要忘记考虑系统中的其他组件也会发热。您是否使用了大型CPU?显示器?或者水泵或电机?这些组件都会产生热量,需要散热,并且会增加系统内部的热量。
总之,虽然对流冷却产生的热量不如强制通风那么多,但在某些应用中,不使用风扇至关重要。由于余热会留在设备内部,因此选择效率最高的散热设备并仔细查看制造商的规格说明,以确保其满足设备的要求,就显得尤为重要。.
