通信スイッチング電源の性能と寿命に対する温度の影響

通信スイッチング電源の性能と寿命に対する温度の影響

通信用スイッチング電源の主要部品は高周波スイッチング整流器であり、パワーエレクトロニクスの理論と技術、パワーエレクトロニクス機器の発展とともに徐々に成熟してきました。ソフトスイッチング技術を採用した整流器は、消費電力が少なく、温度が低く、体積と重量が大幅に減少し、全体的な品質と信頼性が継続的に向上しています。しかし、周囲温度が10度上昇するたびに、主要な電源部品の寿命は50％短くなります。寿命がこのように急速に短くなる理由は、温度変化によるものです。さまざまなミクロおよびマクロの機械的応力の集中によって引き起こされる疲労破壊、強磁性材料などの部品は、動作中に交番応力が継続的に作用すると、さまざまな種類の微小な内部欠陥を発症します。したがって、機器の効果的な放熱を確保することは、機器の信頼性と寿命を確保するための必須条件です。

パワーエレクトロニクス部品の動作温度と信頼性および寿命の関係
電源装置は電気エネルギー変換装置であり、変換プロセス中にいくらかの電気エネルギーを消費し、この電気エネルギーは熱に変換されて放出されます。電子部品の動作安定性と老化速度は、周囲温度と密接に関係しています。パワーエレクトロニクス部品は、さまざまな半導体材料で構成されています。動作中のパワーコンポーネントの損失はそれ自体の熱によって放散されるため、膨張係数の異なる複数の材料の熱サイクルは非常に大きなストレスを引き起こし、瞬間的な破損や部品の故障につながる可能性があります。パワーコンポーネントが異常な温度条件下で長時間動作すると、疲労が発生し、破損につながります。半導体の熱疲労寿命のため、比較的安定した低温範囲で動作することが求められます。

同時に、急激な高温と低温の変化により、半導体に一時的に温度差が生じ、熱応力と熱衝撃が発生します。部品は熱機械的応力を受けます。温度差が大きすぎると、部品のさまざまな材料部分に応力亀裂が発生し、部品の早期故障を引き起こします。また、電力部品は比較的安定した動作温度範囲内で動作し、急激な温度変化を抑えて熱応力衝撃の影響を排除し、部品の長期にわたる信頼性の高い動作を保証する必要があります。

変圧器の絶縁容量に対する動作温度の影響
変圧器の一次巻線に通電すると、コイルによって発生した磁束が鉄心に流れ込みます。鉄心自体は導体であるため、磁力線に垂直な平面に誘導電位が発生し、鉄心の断面に閉ループを形成して電流が発生します。これを「渦電流」と呼びます。この「渦電流」により、変圧器の損失が増加し、変圧器のコア加熱変圧器の温度上昇が増加します。「渦電流」による損失を「鉄損」と呼びます。また、変圧器に使用される銅線は巻かなければなりません。これらの銅線には抵抗があります。電流が流れると、抵抗によって一定の電力が消費されます。この部分の損失は熱に変換されて消費されます。この損失を「銅損」と呼びます。したがって、鉄損と銅損は、変圧器の動作中に温度が上昇する主な原因です。