室外一体化电源散热设计

室外一体化电源散热设计室外通信电源产品的热设计；3G时代的到来，通信网络更趋向全面化覆盖、智能化；室外电源产品关键技术；1、室外防护技术；室外产品大多数场合下处于露天环境，需要进行防水、；2、热设计技术；对于室外电源，如果采取一体化机柜，电源仓部分和电；3、风道设计技术；设计良好的风道可以使冷空气或者热量均匀地流动，达；在通信电子设备中，热功率损失通常以热能耗散的形式；1、通信电室外通信电源产品的热设计3G时代的到来，通信网络更趋向全面化覆盖、智能化管理等方面发展，通信电源伴随着通信主设备的发展而迅速发展，10多年来通信（特别是移动通信）正从城市逐步走向城镇和农村地区。在城市通信设备通常设置在市区的室内，通信电源也放置在室内，运营商一般采用自建机房或租赁；而在城镇、农村等非城市化地区，人员相对分散，自然条件相对恶劣，为了节省建设成本、加快建设周期，往往不采用建设机房的方式（包括移动方舱），主设备及电源设计采用室外机型，直接安置在户外。这种发展趋势越来越明显，因此运营商越来越重视室外电源的投资建设。室外电源产品关键技术1、室外防护技术室外产品大多数场合下处于露天环境，需要进行防水、防雨、防尘等设计，往往电源柜部分要求防护等级达到IP55等级，电池柜部分至少要达到IP44等级，因此在产品设计中要力求达到以上指标，还要兼顾热设计效率、系统成本等多种因素。2、热设计技术对于室外电源，如果采取一体化机柜，电源仓部分和电池仓部分都要进行散热、加热处理，机柜内部的温度控制成为技术难点。高、低温控制技术是一项复杂的技术，高温控制可以采用空调、热交换器或者风扇等，低温控制采用加热器等技术，但是空调、热交换器、加热器的供电问题又是一个主要问题。一般来说直流供电的空调、加热器设备较少，采用交流供电方式居多，但是一旦交流停电或者其它交流故障，空调、加热器无法正常工作，机柜内部的温度偏离通信设备、蓄电池的正常工作温度，设备会自动关机保护、电池的使用寿命受到影响。目前行业的趋势是，普遍采用直流供电的热交换器或者风扇散热，加热采用交流供电的加热管；对于电池仓部分目前采用风扇散热、加热膜加热来控制电池仓温度。 伴随着通信主设备与电源产品的技术不断发展，其适应环境温度能力不断扩大，可以达到-4570，工作温度较蓄电池的正常工作温度范围（25左右）要宽得多，并且蓄电池的正常工作温度范围包括在设备工作温度范围之内，因此可以考虑产品可以分为设备仓、电池仓区别对待、处理，产品的设备仓、电池仓的隔离结构设计也为灵活的热设计方案提供了便利。金旗舰铜制散热器60圆jinqijian3、风道设计技术设计良好的风道可以使冷空气或者热量均匀地流动，达到机柜内部温度平衡，因此在热设计时需要使用一些计算机辅助工具，进行热设计仿真，模拟实际使用环境。以目前的设计技术，热交换器散热方式下，环境温度和机柜内部温度达到1011温差；风扇散热方式下，环境温度和机柜内部温度达到35温差。通信电子产品热设计在通信电子设备中，热功率损失通常以热能耗散的形式表现，而任何具有电阻的元件都是一个内部热源。当通信电子设备进行工作时，由于功率损失，器件本身温度会有所上升，同时通信设备周围的环境温度亦会影响设备内部温度，从而影响到电子器件工作的可靠性。随着通讯技术的发展，通信设备热设计越来越受到重视。正确的热设计是设备可靠性保证的主要方法之一。1、通信电子设备热设计的一般流程所谓热设计就是把设备输入的热量降至最低，并提高散热效果，把设备内部有害的热量排出到设备的外部环境当中，获得合适的工作温度使其不超过可靠性规定的限值，确保设备可靠、安全的工作。通信设备的热设计可分为3个层次 ，如图1所示。图1 通信电子设备热设计的层次对通信设备机箱、机柜及方舱等系统级别的热设计，即系统级（SYSTEMS）的热设计；对于电子模块、散热器、PCB板级别的热设计，即封装级（PACKAGES）的热设计；对于元器件级别的热设计，即组件级（COMPONENTS）的热设计。 系统级的热设计主要研究电子设备所处环境的温度对其影响，环境温度是电路板级热分析的重要边界条件，其热设计是采取措施控制环境温度，使电子设备在适宜的温度环境下进行工作，环境对通信电子设备失效的影响如图2所示。图2 环境对通信电子设备失效的影响通信电子设备封装级的电子模板和PCB电路板热设计是与设备的电路设计、结构设计密切相关同步进行的。对于PCB电路板基材进行适当的选择是电子设备封装级热设计的重要内容，除了一般要求的强度、绝缘、介质系数等外，耐温特性与导热性能是重点考虑项。通信设备各个部件是由各种不同材料的元器件组成，其热膨胀系数各不相同，温度变化会在不同材料的交界面上产生压缩或拉伸应力，因此产生了热不匹配应力，简称热应力。材料热性质不匹配是产生热应力的内因，而温度变化是产生热应力的外因。通信电子设备元器件级的热设计是为了防止器件出现过热或温度交变而失效。通信电子设备的热设计步骤可概括为：1）确定设备的加热、冷却需求；2）边界条件确定、初始数据计算；3）模型建立、分析；4）选择材料、热设计方式；5）制定程序调试、分析；6）输出文件、温度分布图验证。2、通信电子设备冷却方式及其选择通信电子设备的冷却方式可分为2类形式：自然冷却和强制冷却散热。根据具体情况，选择适当的冷却方式是热设计的重要方面。冷却方式的选择取决于很多因素，如：设备总发热量、设备的允许热量、工作环境及设备元器件的组装方式及布局等。2.1、自然冷却散热自然冷却是利用设备中各个元器件的空隙以及机壳的热传导、对流和辐射来达到冷却目的，此方法广泛应用在中小功率设备上。自然对流依赖于流体的密度变化，所要求的驱动力不很大，因此在流动路径中容易受到障碍和阻力的影响而降低流体的流量和冷却速率。因此在清晰干净且畅通的情况下，自然对流是一种比较有效的冷却方式。在功率密度越来越大的通信设备中用此种冷却方式往往满足不了需求。2.2、强制冷却散热强制冷却分为空气和液体两种方式。很多通信设备的冷却采用强制对流风冷却形式，这是因为空气强制对流冷却的换热量比自然对流和辐射的要大到10倍。这也是当前通信设备较普遍的一种散热方式。空气强迫对流冷却技术较自然冷却减小了电子设备冷却系统的体积，使其具有更高的功率密度和更高的热点温度。通常，风源的产生有两种方法：1）设备内部用风扇（常见的有离心、轴流、螺旋桨等形式），以加大空气流量，强化器件、部件、设备的散热；可以直接将热空气排放至外界环境，也可以通过热交换器形式，通过内部、外界两个循环风道进行热交换散热；2）风源不在设备内部，这种形式只使用在移动式通信设备上，机体本身开设了多个通风孔，在运动过程中外部气源经通风孔鼓风，从而达到冷却的效果。目前液冷技术正沿着两个不同的方向发展：一是用来处理设备产生的热量使器件温度和器件温差限制在可接受的水平上；另一个是使器件和电路处于极低的温度状态下以提高器件开关速度和降低金属布线电阻，从而提高电子设备的性能。超低温冷却技术为液冷应用开辟了一个新的领域，是在特定的条件下提高电子设备性能的有效手段。相变过程伴随有大量热量的释放和吸收，采用相变冷却的方法可以对电子设备进行有效的温度控制。利用相变材料的相变过程作为热控制的基本形式有两种：液体的气化和固体的熔化。液体的气化冷却是一种很有效的冷却方式，主要应用于高能量密度的部件或者处于常温蒸浴状态的电子器件。固体的熔化冷却是采用一种合适的材料作为冷却手段，如塑性化合物，当它从发热部件吸收大量的热量时就熔化。材料熔化时温度并没有升高，所吸收的热量转化为材料的熔化热，起到冷却发热电子部件的作用。这种冷却方法的优点是原理简单，并且不耗费能源。因为熔化过程是可逆的，若发热器件的温度降下来，则已融化的物质可以再凝固。缺点是冷却能力限制在吸热材料的热容量以内。这种冷却方法特别适用于处于脉冲工作状态下的电子器件设备。选择相变材料时应注意材料的熔化点，其数值应等于或接近于发热部件的正常工作温度。