впливає

Високі температури навколишнього середовища або тепло, яке виробляє пристрій, не лише негативно вплинуть на батареї, але й на електронні пристрої та, в більшій мірі, джерела безперебійного живлення (ДБЖ).

У нашій попередній статті ми писали про вплив тепла на батареї. Однак високі температури навколишнього середовища або тепло, яке виробляє пристрій, не лише негативно вплинуть на батареї, а й на електронні пристрої та, більшою мірою, джерела живлення.

На термін служби джерел живлення впливають три типові стресові фактори: термічний, механічний та електричний. З них найбільшим викликом є ​​тепловий стрес. Найважливішою метою є надійна робота блоку живлення та споживачів, що працюють на ньому, у межах усього робочого діапазону температур.

Розміри джерел живлення зменшуються, а щільність їх потужності зростає, що вимагає підвищеної уваги до ефективності та охолодження, оскільки компоненти наближаються все ближче і не залишається місця для відводу тепла. Тому життєво важливо виключити можливість помилок, спричинених термічним напруженням.

Частина енергії, що поглинається з електромережі, перетворюється на тепло всередині джерела живлення. Ступінь цього можна розрахувати за коефіцієнтом корисної дії джерела живлення, використовуючи наступну формулу:

Чим вища ефективність джерела живлення, тим менше його розсіювання і тим менше він нагрівається. Наприклад, джерело живлення потужністю 240 Вт із 85% ефективністю розсіює 42 Вт, тоді як джерело живлення потужністю 90% із такою ж потужністю розсіює лише 27 Вт, що є суттєвою різницею з точки зору охолодження. Ефективніше джерело живлення також менше нагріває навколишнє середовище, що забезпечує кращу експлуатаційну безпеку та довший термін служби ланцюгів, які він постачає. Цей розрахунок слід проводити для найгіршого випадку, тобто для максимального очікуваного вихідного навантаження. Також важливо враховувати погіршення ефективності при низьких вхідних напругах. Слід докласти зусиль, щоб робоча температура системи (джерело живлення + споживачі) була якомога нижчою, оскільки це зменшує частоту відмов і, таким чином, підвищує експлуатаційну безпеку системи.

Іншим важливим значенням ефективності під час калібрування є обмеження зменшення потужності, яке відповідає робочій температурі. Виробники джерел живлення визначають температурний поріг, вище якого вихідна потужність повинна бути зменшена, оскільки внутрішнє розсіювання більше не може гарантувати експлуатаційну безпеку джерела живлення і значно зменшує тривалість його життя. Використовуючи примусове охолодження, оскільки повітря надходить через блок живлення з більшою швидкістю, можна працювати з джерелом живлення при більш високій температурі навколишнього середовища. Це слід враховувати при розмірі, і бажано вибрати блок живлення з більшою потужністю, ніж споживач.

Важливо підкреслити, що нагрів джерела живлення визначається не тільки ефективністю, але і значним впливом вибору компонентів схеми та їх розміщення. Хорошим прикладом цього є порівняння, зображене на зображенні нижче, де зліва показано перетворювач TDK-Lambda iJB12060A006V DC/DC, а праворуч - конкуруючий продукт із однаковими параметрами та ефективністю. Вражає те, що при однакових робочих параметрах найвища температура температури перетворювача постійного струму TDK-Lambda на 27,2 ° C холодніша за найвищу температурну точку конкурента.

Існує два основних варіанти охолодження та їх поєднання. Проводиться охолодження, коли блок живлення встановлений на металевій поверхні (монтажній пластині) і передає на нього тепло, яке воно виробляє, і повітряне охолодження, коли повітря, що проходить через джерело живлення, охолоджує компоненти. Повітряне охолодження може бути конвективним, коли через меншу щільність повітря, нагрітого компонентами, більш прохолодне повітря виходить вгору і замінюється на нижнє повітря, тим самим природним чином створюючи повітряний потік, який охолоджує джерело живлення. Чим вища швидкість повітряного потоку, тим краща ефективність охолодження, тому ефективність конвективного охолодження може бути значно збільшена шляхом примусового потоку повітря за допомогою вентиляторів. Однак при використанні вентиляторів слід враховувати недоліки: більш високий акустичний шум, який може надзвичайно дратувати в тихому середовищі, та зниження експлуатаційної безпеки системи, оскільки вентилятор є рухомим компонентом із зношеними деталями з обмеженим обслуговуванням життя. У програмах, де використання вентилятора заборонено, вирішення проблеми може бути великим джерелом живлення.

Тепло надзвичайно сильно впливає на життя та безпеку роботи електронного обладнання. Вплив на тривалість життя можна розрахувати за допомогою рівняння Арреніуса, що використовується для моделювання температурно-залежних фізичних процесів. Це означає, що будь-яке підвищення температури на 10 ° C вдвічі зменшує термін служби компонента. Найважливішими компонентами в цьому відношенні є електролітичні конденсатори, які, як і раніше, мають відносно короткий термін експлуатації. У таблиці нижче показано очікуваний термін служби конденсатора із середнім терміном служби 85 ° C, розрахованого на 2000 годин (24 години при 24-годинній роботі!) При різних температурах.

Температура життя
85 ° C 2000 годин 83 дні 0,23 року
75 ° C 4000 годин 167 днів 0,46 року
65 ° C 8000 годин 333 дні 0,91 року
55 ° C 16000 годин 667 днів 1,83 року
45 ° C 32000 годин 1333 дні 3,65 року
35 ° C 64000 годин 2667 днів 7,31 року

Температура навколишнього середовища не означає температуру самого компонента, який може нагріватися за допомогою сусіднього трансформатора або діода, що працює при температурі до 80-100 ° C, а також самого компонента від струму, що протікає через нього. Отже, температура навколишнього середовища повинна бути якомога нижчою, оскільки температура всередині джерела живлення завжди вища.

Наведений приклад добре ілюструє прямий вплив робочої температури електронного обладнання на термін його служби та безпеку експлуатації. Вплив температури на компоненти також впливає на MTBF всього обладнання. Як і у випадку використання компонентів, підвищення температури на 10 ° C становить приблизно половину MTBF. Виробники повинні вказувати температурну норму для розрахунку MTBF у своїх технічних паспортах. Не має значення, чи базується розрахунок на температурі 25 ° C, що використовується для комерційних продуктів, або температурі 50 ° C, яка є звичайною основою розрахунку для промислових товарів.

Напрямок кріплення джерела живлення важливий для охолодження. Якщо воно не примусово охолоджується, важливо, щоб повітряний потік, що утворюється під час природної конвекції, міг якомога більше проходити через внутрішню частину джерела живлення та відводити від нього тепло, яке генерується. Виробники зазвичай вказують напрямки монтажу та їх обмеження. Загальним є врахування того, що повітря може безперешкодно текти у вертикальному напрямку, і що більше нагрітих частин знаходиться зверху, так що тепло, яке вони виробляють, може виходити якомога легше і нагрівати інші частини якомога менше.