這是個糟糕的情況，熱是電子系統(tǒng)產(chǎn)生不可靠性、縮短使用壽命的首要因素，因為電解電容器的使用壽命與其工作溫度密切相關。隨著溫度的升高，其它器件的可靠性也降低；隨著散熱器越做越小、電源也越來越小的趨勢，必須對其進行精細的熱管理。一個簡單方法，是使用風扇從機體中吹出多余熱量。對可能采用對流冷卻設計的電源，或只能在較低溫度下工作的設備來說，需要遵循以下步驟計算風量。

 

一些電源被設計成使用系統(tǒng)風扇進行強制冷卻。在這種情況下，電源的數(shù)據(jù)表會給出充分冷卻所需的風量。重要的是要記?。哼@是電源本身所需的風量，而不是某個點(即便離電源很近)的。因為空氣將始終沿著阻力最小的路徑流通，所以，風扇吹動的風量只有一部分將實際到達需降溫的電源。內(nèi)部擋板將有助于引導空氣沿所需的路徑到達需冷卻的目標器件。

 

對可能采用對流冷卻設計的電源，或只能在較低溫度下工作的設備來說，需要遵循以下步驟計算風量。

 

首先，確定電源或電子設備可以安全工作的最大操作溫度。對于電源本身來說，通常50℃——這個溫度通?？赡軙婕鞍踩J證，降低溫度可以延長壽命。根據(jù)經(jīng)驗，一般情況，將電解電容器外殼溫度降低10℃，其使用壽命將延長一倍。

 

然后，我們需考慮包含電源的設備外殼周圍的最高氣溫；外殼周圍的最高氣溫與最高工作溫度之間的差就是最大允許溫升。例如，如果電源可在50℃環(huán)境下工作，且若包含電源的設備工作在非空調(diào)環(huán)境，且環(huán)境最高溫度可達40℃，則電源允許的溫升為10℃。

 

下一步是確定待散熱的功耗。機殼內(nèi)的總功耗是由負載功耗加上電源自身發(fā)熱的功耗的總和。例如，如果電子電路的負載標稱為260W，假定電源的效率是80％，則散發(fā)的總熱量為260W/0.8，即325W。

 

最后，就可算出所需的風量。對給定熱量來說，為保持特定溫升所需的風量，可以采用一個常數(shù)(2.6)用一個簡單通用的公式算出：

 

風量(m3/hr)=2.6×總功耗(W)/允許溫升(℃)

 

在我們的例子中， 所需的風量是：2.6×325W/10℃=84.5m3/hr

 

遺憾的是，找到解決方案并不像按上述方案算出所需的風量并據(jù)此選擇相應規(guī)格的風扇那樣簡捷直白；因為風扇的標稱風量數(shù)據(jù)是按工作在自由空氣環(huán)境下給出的，但在現(xiàn)實應用中，殼體自然對氣流產(chǎn)生阻滯，這被稱為壓降或壓損，從而降低風扇的自由空氣流通性能。

 

壓損因應用而異，取決于：PCB的大小和位置、入風口和出風口大小、機殼內(nèi)空氣流經(jīng)的截面積等。情況變得微妙的是：壓損還取決于空氣流經(jīng)殼體時的速度，而反過來，壓損又會影響氣流速度。氣流越快，壓損越高，但較高的壓損又反過來會降低空氣流速。若風扇選型不周到，那么在應用中，當壓損與風速達到某個平衡點， 其低于將一定熱量排出機殼所需的散熱水平時，風扇就可能成為擺設。

 

確定每一應用的實際壓損太過復雜，因為這將需要流體動力學方程方面的詳細知識，但可通過使用圖1中所示的壓損-流率曲線來近似算出。借此可作為入手處，進行進一步評估。

 

圖1：壓損-流率曲線。

 

如果我們考慮先前計算的風量，該曲線表示壓損是11Pa。然后，我們知道需要一款能在11Pa壓降下、產(chǎn)生84.5m3/hr風量的風扇。每家風扇廠商都會給出針對每一風扇的標明在不同壓降下產(chǎn)生風量的圖表。在下例中，圖2給出了5個風扇的風量曲線。淺色錐體顯示了5個風扇每個的最佳工作范圍。在我們的例子中，要使用風扇5，以確保在11Pa壓降下，可產(chǎn)生所需的84.5m3/hr風量。

 

圖2：不同氣壓下的風扇風量。

 

一旦確定了壓降和所需風量，還有其它一些因素需要考慮。

 

如前所述， 對于一般的設備冷卻，只要氣流可流經(jīng)熱源部件，就可將風扇放在任何位置。但對于被設計成強制冷卻的電源來說，流過電源的風量對其正確和可靠地工作至關重要。如果風扇對電源的位置不對，或整個風量不能全部直接流經(jīng)電源，則就需選擇一款規(guī)格大得多的風扇。風扇的風量標度有幾種方式：以線性英尺/分鐘的空氣流速(LFM)表示；以立方英尺/分鐘(CFM)的體積表示；或立方米/小時(m3/hr)的體積表示。若要在流速和體積兩者之間進行轉換，則 需要知道風扇文丘里管(venturi)表述的橫截面面積。

 

對強制冷卻的電源來說，所需的風量可以流速(如LFM)或體積(如CFM)標度表述。兩者之間轉換的唯一可靠方法是使用電源的橫截面面積。

 

帶風扇的設備往往會裝粉塵過濾器，以防止灰塵進入設備。過濾器將增加氣流阻力從而增加壓降，所以應考慮在內(nèi)；但更重要的是，若過濾器被灰塵堵塞，則其產(chǎn)生的壓降將顯著增高，這樣，在開始時合適的風扇，在使用一段時間后， 就可能不堪重負?；谶@個原因，應定期清洗或更換除塵過濾器。

 

給設備加裝風扇會制造可聽噪聲。一些應用不能容忍任何噪聲，如某些醫(yī)院應用或錄音棚應用等。即便是在相對嘈雜的環(huán)境中，噪聲也是越小越好?？梢酝ㄟ^多種方法來降低噪聲。首先，使用高質(zhì)量軸承的風扇。滾珠軸承風扇通常比套筒軸承風扇安靜，且具有更長使用壽命。當然，有的套筒軸承在其中灌入潤滑油，則噪聲降低、壽命延長。

 

此外，對于給定的風量，因較大風扇所需的葉片轉速較慢，所以通常比較小風扇更安靜。風扇葉片旋轉經(jīng)過附近固定件(如風扇支架或手指保護柵格)時所產(chǎn)生的噪聲也應予以考慮。只要使手指保護柵格稍微離風扇葉片遠些，就可降低噪聲。

 

減少噪聲的另一種方法是降低風扇工作電壓。風扇有標稱的工作電壓范圍，采用直流電壓供電的電扇的轉速， 一般與實際施加的直流電壓相關。風扇轉得越慢，噪聲就越小。

 

因為更小的散熱片和更高的功率密度，使現(xiàn)代電源的熱管理變得越來越重要，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)表都給出了必要的信息，設計師應據(jù)此確保器件以最大工作溫度工作時，電源工作溫度不會太高。一旦按照規(guī)定程序選擇出一款風扇，在最后配置中，應當對這些器件進行最后檢查。一旦器件溫度看起來將超過數(shù)據(jù)表中給定的值，則應重新評估風量和方向。

 

圖3：XP Power公司的GCS250只需7CFM風量。

 

XP Power的GCS250風冷電源是個例子。它僅需7CFM的強制風量。與業(yè)內(nèi)的許多電源比較(其中一些需要高達30CFM的風量)，GCS250所需的小風量，有助于將可聽噪聲降到最低。

文章來源于電子技術設計。