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直流电源设计过程中确保正确使用冷却风扇的技巧

直流电源规划过程中保证准确运用冷却电扇的窍门

由于更小的散热片和更高的功率密度,使直流稳压电源的热办理变得越来越主要,如今的数据表都给出了必要的信息,规划师应据此保证器材以最大作业温度作业时,电源作业温度不会太高。一旦依照规则程序挑选出一款电扇,在最终装备中,应当对这些器材进行最终查看。一旦器材温度看起来将超越数据表中给定的值,则应从头评价风量和方向。

咱们知道,假如在一个密闭空间内发散热量,该空间内的温度会添加。也即,壳体内的环境温度会上升。假如有一个包括电源和其负载(即它供电的PCB)的壳体,跟着电源和其负载在散发热,壳体内的环境温度会上升,进而致使电源和其负载温度的进一步上升,然后也许超出其答应的最高作业温度。

这是个差劲的状况,热是电子体系发生不牢靠性、缩短运用寿数的首要要素,由于电解电容器的运用寿数与其作业温度密切有关。跟着温度的添加,其它器材的牢靠性也下降;跟着散热器越做越小、直流电源也越来越小的趋势,有必要对其进行精密的热办理。一个简略办法,是运用电扇从机体中吹出多余热量。对也许选用对流冷却规划的电源,或只能在较低温度下作业的设备来说,需求遵从以下过程计算风量。

一些电源被规划成运用体系电扇进行强行冷却。在这种状况下,电源的数据表会给出充分冷却所需的风量。主要的是要记住:这是电源本身所需的风量,而不是某个点(即使离电源很近)的。由于空气将一直沿着阻力最小的途径流转,所以,电扇吹动的风量只要一部分将实践抵达需降温的电源。内部挡板将有助于引导空气沿所需的途径抵达需冷却的方针器材。

对也许选用对流冷却规划的电源,或只能在较低温度下作业的设备来说,需求遵从以下过程计算风量。

首要,断定电源或电子设备能够安全作业的最大操作温度。关于电源本身来说,通常50℃——这个温度通常也许会触及安全认证,下降温度以延伸寿数。依据经历,通常状况,将电解电容器外壳温度下降10℃,其运用寿数将延伸一倍。

然后,咱们需思考包括电源的设备外壳周围的最高气温;外壳周围的最高气温与最高作业温度之间的差即是最大答应温升。例如,假如电源可在50℃环境下作业,且若包括电源的设备作业在非空调环境,且环境最高温度可达40℃,则电源答应的温升为10℃。

下一步是断定待散热的功耗。机壳内的总功耗是由负载功耗加上电源本身发热的功耗的总和。例如,假如电子电路的负载标称为260W,假定电源的功率是80%,则散发的总热量为260W/0。8,即325W。

最终,就可算出所需的风量。对给定热量来说,为坚持特定温升所需的风量,能够选用一个常数(2.6)用一个简略通用的公式算出:

风量(m3/hr)=2。6&TImes;总功耗(W)/答应温升(℃)

在咱们的比如中, 所需的风量是:2.6&TImes;325W/10℃=84.5m3/hr

惋惜的是,找到解决计划并不像按上述计划算出所需的风量并据此挑选相应标准的电扇那样简捷直白;由于电扇的标称风量数据是按作业在自在空气环境下给出的,但在现实运用中,壳体天然对气流发生阻滞,这被称为压降或压损,然后下降电扇的自在空气流转功能。

压损因运用而异,取决于:PCB的巨细和方位、入风口和出风口巨细、机壳内空气流经的截面积等。状况变得微妙的是:压损还取决于空气流经壳体时的速度,而反过来,压损又会影响气流速度。气流越快,压损越高,但较高的压损又反过来会下降空气流速。若电扇选型不周到,那么在运用中,当压损与风速到达某个平衡点, 其低于将必定热量排出机壳所需的散热水平时,电扇就也许成为铺排。

断定每一运用的实践压损过分杂乱,由于这将需求流体动力学方程方面的详细常识,但可通过运用图1中所示的压损-流率曲线来近似算出。借此可作为入手处,进行进一步评价。

风扇的压损-流率曲线

假如咱们思考从前计算的风量,该曲线表明压损是11Pa。然后,咱们知道需求一款能在11Pa压降下、发生84.5m3/hr风量的电扇。每家电扇厂商都会给出针对每一电扇的标明在不同压降下发生风量的图表。在下例中,图2给出了5个电扇的风量曲线。淡色锥体显现了5个电扇每个的最好作业范围。在咱们的比如中,要运用电扇5,以保证在11Pa压降下,可发生所需的84.5m3/hr风量。

电扇的风量曲线

一旦断定了压降和所需风量,还有其它一些要素需求思考。

如前所述, 关于通常的设备冷却,只要气流可流经热源部件,就可将电扇放在任何方位。但关于被规划成强行冷却的电源来说,流过电源的风量对其准确和牢靠地作业至关主要。假如电扇对电源的方位不对,或悉数风量不能悉数直接流经电源,则就需挑选一款标准大得多的电扇。电扇的风量标度有几种方式:以线性英尺/分钟的空气流速(LFM)表明;以立方英尺/分钟(CFM)的体积表明;或立方米/小时(m3/hr)的体积表明。若要在流速和体积两者之间进行转换,则 需求知道电扇文丘里管(venturi)表述的横截面面积。

对强行冷却的电源来说,所需的风量能够流速(如LFM)或体积(如CFM)标度表述。两者之间转换的仅有牢靠办法是运用电源的横截面面积。

带电扇的设备往往会装粉尘过滤器,以避免尘埃进入设备。过滤器将添加气流阻力然后添加压降,所以应思考在内;但更主要的是,若过滤器被尘埃阻塞,则其发生的压降将明显增高,这么,在开始时适宜的电扇,在运用一段时间后, 就也许不堪重负。根据这个因素,应定时清洁或替换除尘过滤器。

给设备加装电扇会制作可听噪声。一些运用不能容忍任何噪声,如某些医院运用或录音棚运用等。即使是在相对喧闹的环境中,噪声也是越小越好。能够通过多种办法来下降噪声。首要,运用高质量轴承的电扇。滚珠轴承电扇通常比套筒轴承电扇安静,且具有更长运用寿数。当然,有的套筒轴承在其中灌入润滑油,则噪声下降、寿数延伸。

关于给定的风量,因较大电扇所需的叶片转速较慢,所以通常比较小电扇更安静。电扇叶片旋转通过邻近固定件(如电扇支架或手指维护栅格)时所发生的噪声也应予以思考。只要使手指维护栅格略微离电扇叶片远些,就可下降噪声。

削减噪声的另一种办法是下降电扇作业电压。电扇有标称的作业电压范围,选用直流电压供电的电扇的转速, 通常与实践施加的直流电压有关。电扇转得越慢,噪声就越小。

由于更小的散热片和更高的功率密度,使现代电源的热办理变得越来越主要,如今的数据表都给出了必要的信息,规划师应据此保证器材以最大作业温度作业时,电源作业温度不会太高。一旦依照规则程序挑选出一款电扇,在最终装备中,应当对这些器材进行最终查看。一旦器材温度看起来将超越数据表中给定的值,则应从头评价风量和方向。

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