電源的高效運行取決于對熱量和負載條件的管理。本博客將介紹熱降額、對流冷卻和 PCB 設(shè)計策略，以提高可靠性。了解 RECOM 的 RACPRO1 DIN 導軌電源如何在工業(yè)應(yīng)用中利用煙囪效應(yīng)實現(xiàn)出色的被動冷卻。

不要讓這種情況發(fā)生在你的動力柜上。

來源：Leonardo.ai 

為什么溫度和負載條件很重要

電源裝置（PSU）是現(xiàn)代電子產(chǎn)品中的無名英雄，它悄無聲息地將市電電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定、可用的電源。在工業(yè)控制面板和自動化系統(tǒng)中，DIN 導軌安裝式電源是可靠、高效供電的首選解決方案。

與任何電子元件和設(shè)備一樣，PSU 也不是在真空中工作的。環(huán)境因素，尤其是環(huán)境溫度，會影響 PSU 的性能。

熱降額是工業(yè)和自動化應(yīng)用電源設(shè)計中的常見支持主題。本博客將介紹熱降額的基本原理，包括環(huán)境溫度、負載降額、對流冷卻與強制空氣冷卻，以及 PSU 中 PCB 布局的重要性。

什么是環(huán)境溫度？

讓我們從基礎(chǔ)知識開始。環(huán)境溫度 "是指設(shè)備周圍空氣的溫度。對于安裝在電氣柜內(nèi)的 DIN 導軌電源而言，它指的是電氣柜內(nèi)的溫度，而不是 PSU 外殼或外部房間的溫度。

這是一個至關(guān)重要的區(qū)別，因為 PSU 的散熱能力取決于其元件與周圍空氣之間的溫差。如果環(huán)境溫度較高，PSU 就無法有效散熱，從而導致熱應(yīng)力。

什么是熱降額？

術(shù)語“熱降額 "是指隨著環(huán)境溫度的升高而降低電源的最大輸出功率。這是一種防止過熱的保護措施。

每個 PSU 都有一個可以安全運行的熱封套。例如，一個設(shè)備可能在 50°C 以下提供 100% 的額定輸出。超過這一溫度后，可能需要降額，在 70°C 時降到 50%。

忽視熱降額可能導致過熱、壽命縮短、熱關(guān)機，甚至發(fā)生災難性故障。

什么是負載降額？

負載降額是一個更寬泛的術(shù)語，包括熱降額，但也可能涉及因其他因素導致的輸出功率降低，包括以下因素：

海拔高度（空氣少 = 冷卻少）

通風不良

輸入電壓（例如，如果輸入電壓下降，某些 PSU 的輸出電流會降低）

從本質(zhì)上講，熱降額是一種專門由溫度升高引發(fā)的負載降額。

對流冷卻與強制空氣冷卻

冷卻電子元件主要有兩種方法：

對流冷卻： 依靠自然氣流。這種冷卻方式安靜、簡單，不涉及移動部件。

強制空氣冷卻： 利用風扇將空氣推向或拉向元件。這種冷卻方式能更有效地去除熱量，但也有缺點。

風扇會產(chǎn)生噪音。如果沒有合適的過濾器（過濾器本身也需要清洗或維護），風扇往往會將灰塵吸入或吹入系統(tǒng)。這些灰塵會沉積在組件上，使其絕緣，從而降低冷卻效率，并可能造成長期損壞。

雖然風扇可以安裝在整個機箱中，但 DIN 導軌式 PSU 應(yīng)避免使用內(nèi)部風扇，因為這樣可以簡化安裝、降低成本并提高可靠性。

什么是煙囪效應(yīng)？

煙囪效應(yīng)，又稱煙囪效應(yīng)，是指空氣運動受兩個垂直區(qū)域（通常是煙囪、建筑物或電子外殼內(nèi)）之間的溫差驅(qū)動的一種現(xiàn)象。

原理如下。由于暖空氣的密度小于冷空氣，因此暖空氣會自然上升。當暖空氣從外殼（或煙囪）頂部排出時，會在底部形成一個低壓區(qū)。這種低氣壓會從下方吸入冷空氣，形成持續(xù)向上的氣流。

在 PSU 中，煙囪效應(yīng)可用于被動冷卻。功率晶體管和變壓器等發(fā)熱元件會使 PSU 內(nèi)部的空氣升溫并上升。頂部的通風口可以排出熱空氣，而底部的通風口則可以吸入較冷的空氣，從而保持設(shè)備內(nèi)的自然對流氣流。

基于煙囪效應(yīng)的被動冷卻減少了對風扇等可能隨時間推移而失效的有源元件的依賴，從而提高了可維護性和可靠性。煙囪效應(yīng)可在不使用風扇的情況下帶走過多熱量，從而降低能耗和噪音。

PCB 布局的作用是什么？

印刷電路板（PCB）布局對電源裝置（PSU）如何有效管理熱量有重大影響。強大的散熱設(shè)計包括：

戰(zhàn)略性地放置熱組件。 

寬銅澆注用于散熱。

發(fā)熱部件之間要有足夠的間距。

周到的組件高度和方向，以促進煙囪效應(yīng)并促進氣流。

這些選擇共同改善了被動冷卻，并延長了組件的使用壽命。

高性能 RACPRO1 DIN 導軌電源

在選擇 DIN 導軌電源時，了解降額至關(guān)重要。僅僅查看銘牌上的額定電流是不夠的，還需要考慮電源的實際運行條件。

例如，在自動化或工業(yè)部署中，PSU 是否會安裝在其他發(fā)熱設(shè)備旁邊？安裝 PSU 的機柜是否位于設(shè)施或工廠的高溫區(qū)域？是否有足夠的氣流？

為了滿足最苛刻的工業(yè)應(yīng)用要求，我們最近推出了 RACPRO1 系列 DIN 導軌電源。RACPRO1-T240、-T480 和 -T960 功率分別為 240、480 和 960 W。

RECOM 的 RACPRO1 系列數(shù)據(jù)表提供了清晰的降額曲線。這有助于工程師選擇具有適當余量的 PSU，確?？煽窟\行，不會過早停機或發(fā)生故障。

圖 1：RACPRO1 DIN 導軌電源的設(shè)計充分利用了煙囪效應(yīng)。

RACPRO1 DIN 導軌式 PSU 是煙囪效應(yīng)設(shè)計原理的典范。內(nèi)部組件的位置形成了兩個垂直的煙囪。當熱量上升時，空氣會通過這些通道，冷卻組件。

這種對煙囪效應(yīng)的巧妙利用，使 RACPRO1 系列能夠依靠對流冷卻，而不是強制空氣冷卻。即使在溫暖、封閉的環(huán)境中，RACPRO1 PSU 也能提供高可靠性和高效率。這只是 RACPRO1 系列為工業(yè) DIN 導軌 PSU 樹立新標準的方式之一。

其他資源

RECOM AC/DC、DC/DC 和 EMC 知識手冊 廣泛收集了成功實施 AC/DC 電源設(shè)計所需的經(jīng)驗和知識。

RECOM 的 AC/DC 電源能效：生態(tài)設(shè)計法規(guī) 是由政府或監(jiān)管機構(gòu)制定的一套標準和指南，旨在確保產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)最大限度地減少對環(huán)境的影響。這些法規(guī)主要側(cè)重于通過減少浪費、排放和資源消耗來提高能效和促進可持續(xù)發(fā)展。

RACPRO1 頁面提供了有關(guān)這一令人興奮的全新 DIN 導軌安裝式電源系列的更多信息。