通信スイッチング電源に対する温度の影響は何ですか
通信スイッチング電源の主なコンポーネント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、およびパワー エレクトロニクス デバイスの発展とともに徐々に成熟していきます。 整流器はソフトスイッチング技術を採用しており、消費電力が小さくなり、温度が低くなり、体積と重量が大幅に削減され、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、主要な電源コンポーネントの寿命は 50% 減少します。 このような急激な寿命の低下の原因は、温度の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集中、強磁性材料、その他の部品によって引き起こされる疲労破壊は、動作中の交互応力の継続的な作用下でさまざまな種類のミクロな内部欠陥を引き起こします。 したがって、機器の信頼性と寿命を確保するには、機器の効果的な放熱を確保することが必要条件となります。
動作温度とパワーエレクトロニクス部品の信頼性および寿命の関係
電源は電気エネルギー変換装置の一種です。 変換プロセス中に電気エネルギーを消費する必要があり、電気エネルギーは熱に変換されて放出されます。 電子部品の安定性と劣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 コンポーネントは、さまざまな半導体材料で構成されています。 パワーコンポーネントの損失はそれ自体の加熱によって消散するため、膨張係数の異なる複数の材料の熱サイクルにより非常に大きな応力が発生し、瞬間的な破壊やコンポーネントの故障につながる可能性さえあります。 パワー素子は異常な温度条件下で長時間使用すると疲労が発生し、破壊に至ることがあります。 半導体には熱疲労寿命があるため、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、急激な熱と寒さの変化により一時的に半導体温度差が発生し、熱応力や熱衝撃が発生します。 コンポーネントは熱機械応力にさらされ、温度差が大きすぎると、コンポーネントのさまざまな材料部分に応力亀裂が発生します。 コンポーネントの早期故障。 これには、パワーコンポーネントが比較的安定した動作温度範囲で動作し、熱応力衝撃の影響を排除するために急激な温度変化を軽減し、コンポーネントの長期信頼性の高い動作を保証することも必要です。
変圧器の絶縁容量に対する使用温度の影響
トランスの一次巻線に通電すると、コイルから発生した磁束が鉄心に流れます。 鉄心自体は導体であるため、磁力線に垂直な面に誘導電位が発生し、鉄心の断面に閉ループが形成されて電流が発生します。これを「渦」と呼びます。 。 この「渦電流」によりトランスの損失が増加し、トランスのコア加熱トランスの温度上昇が大きくなります。 「渦電流」によって生じる損失を「鉄損」といいます。 また、トランスに使用する銅線を巻く必要があります。 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、その損失分が熱として消費されます。 この損失を「銅損」といいます。 したがって、鉄損と銅損が変圧器の温度上昇の主な原因となります。
変圧器の動作温度が上昇すると、必然的にコイルの劣化が生じます。 絶縁性能が低下すると、商用電源に対する耐衝撃性が弱まります。 このとき、落雷や商用電源サージが発生すると、変圧器の一次側の高い逆電圧により変圧器が破壊され、電源が供給できなくなります。 同時に主通信機器に高電圧が直列に接続されることになり、主機器が損傷する恐れがあります。
電源の動作温度に対する冷却方法の影響
電源の放熱には、一般的に直接伝導と対流伝導の2つの方法が採用されています。 直接熱伝導とは、物体に沿って熱エネルギーを高温端から低温端へ伝えることであり、その熱伝導能力は安定しています。 対流伝導は、回転運動を通じて液体または気体の温度が均一になる傾向があるプロセスです。 対流伝導には動力過程が含まれるため、冷却は比較的スムーズです。
ヘアエレメントは金属ヒートシンク上に取り付けられており、高温の表面を押し出すことにより、高エネルギー体と低エネルギー体からエネルギーを伝達できますが、大面積のヒートシンクが放射できるエネルギーはそれほど多くありません。 この熱伝導方法は自然冷却と呼ばれ、熱損失の遅延時間が長くなります。 熱伝達量Q=KA△t（K熱伝達係数、A伝熱面積、△t温度差）は、室内の周囲温度が高いと、△tの絶対値が小さくなりますので、この熱伝達方法の放熱性能は大幅に低下します。
電源にファンが追加され、エネルギー変換時に蓄積された熱を電源から素早く排出します。 ファンによるヒートシンクへの継続的な空気の供給は、エネルギーの対流伝達とみなすことができます。 ファン冷却として知られるこの冷却方法は、遅延時間が短いです。 熱放散 Q=Km△t (K 熱伝達係数、m 熱伝達空気質、△ t 温度差)、ファン速度が低下または停止すると、m の値は急速に減少し、ファンに蓄積された熱が増加します。電源の電力が消費されにくくなり、電源内のコンデンサやトランスなどの電子部品の劣化速度が大幅に速まり、出力品質の安定性に影響を及ぼし、最終的には部品の焼損や機器の故障につながります。
