電源的高效運(yùn)行取決于對(duì)熱量和負(fù)載條件的管理。本博客將介紹熱降額、對(duì)流冷卻和 PCB 設(shè)計(jì)策略，以提高可靠性。了解 RECOM 的 RACPRO1 DIN 導(dǎo)軌電源如何在工業(yè)應(yīng)用中利用煙囪效應(yīng)實(shí)現(xiàn)出色的被動(dòng)冷卻。

不要讓這種情況發(fā)生在你的動(dòng)力柜上。

來(lái)源：Leonardo.ai 

為什么溫度和負(fù)載條件很重要

電源裝置（PSU）是現(xiàn)代電子產(chǎn)品中的無(wú)名英雄，它悄無(wú)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(dòng)化系統(tǒng)中，DIN 導(dǎo)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(huì)影響 PSU 的性能。

熱降額是工業(yè)和自動(dòng)化應(yīng)用電源設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)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(fù)載降額、對(duì)流冷卻與強(qiáng)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(shí)開(kāi)始。環(huán)境溫度 "是指設(shè)備周圍空氣的溫度。對(duì)于安裝在電氣柜內(nèi)的 DIN 導(dǎo)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(gè)至關(guān)重要的區(qū)別，因?yàn)?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(wú)法有效散熱，從而導(dǎo)致熱應(yīng)力。

什么是熱降額？

術(shù)語(yǔ)“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(guò)熱的保護(hù)措施。

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

忽視熱降額可能導(dǎo)致過(guò)熱、壽命縮短、熱關(guān)機(jī)，甚至發(fā)生災(zāi)難性故障。

什么是負(fù)載降額？

負(fù)載降額是一個(gè)更寬泛的術(shù)語(yǔ)，包括熱降額，但也可能涉及因其他因素導(dǎo)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(fēng)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(huì)降低）

從本質(zhì)上講，熱降額是一種專門(mén)由溫度升高引發(fā)的負(fù)載降額。

對(duì)流冷卻與強(qiáng)制空氣冷卻

冷卻電子元件主要有兩種方法：

對(duì)流冷卻： 依靠自然氣流。這種冷卻方式安靜、簡(jiǎn)單，不涉及移動(dòng)部件。

強(qiáng)制空氣冷卻： 利用風(fēng)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(diǎn)。

風(fēng)扇會(huì)產(chǎn)生噪音。如果沒(méi)有合適的過(guò)濾器（過(guò)濾器本身也需要清洗或維護(hù)），風(fēng)扇往往會(huì)將灰塵吸入或吹入系統(tǒng)。這些灰塵會(huì)沉積在組件上，使其絕緣，從而降低冷卻效率，并可能造成長(zhǎng)期損壞。

雖然風(fēng)扇可以安裝在整個(gè)機(jī)箱中，但 DIN 導(dǎo)軌式 PSU 應(yīng)避免使用內(nèi)部風(fēng)扇，因?yàn)檫@樣可以簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)受兩個(gè)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(dòng)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(huì)自然上升。當(dāng)暖空氣從外殼（或煙囪）頂部排出時(shí)，會(huì)在底部形成一個(gè)低壓區(qū)。這種低氣壓會(huì)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(dòng)冷卻。功率晶體管和變壓器等發(fā)熱元件會(huì)使 PSU 內(nèi)部的空氣升溫并上升。頂部的通風(fēng)口可以排出熱空氣，而底部的通風(fēng)口則可以吸入較冷的空氣，從而保持設(shè)備內(nèi)的自然對(duì)流氣流。

基于煙囪效應(yīng)的被動(dòng)冷卻減少了對(duì)風(fēng)扇等可能隨時(shí)間推移而失效的有源元件的依賴，從而提高了可維護(hù)性和可靠性。煙囪效應(yīng)可在不使用風(fēng)扇的情況下帶走過(guò)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(duì)電源裝置（PSU）如何有效管理熱量有重大影響。強(qiáng)大的散熱設(shè)計(jì)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(jìn)煙囪效應(yīng)并促進(jìn)氣流。

這些選擇共同改善了被動(dòng)冷卻，并延長(zhǎng)了組件的使用壽命。

高性能 RACPRO1 DIN 導(dǎo)軌電源

在選擇 DIN 導(dǎo)軌電源時(shí)，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(shí)際運(yùn)行條件。

例如，在自動(dòng)化或工業(yè)部署中，PSU 是否會(huì)安裝在其他發(fā)熱設(shè)備旁邊？安裝 PSU 的機(jī)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(dǎo)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(dāng)余量的 PSU，確?？煽窟\(yùn)行，不會(huì)過(guò)早停機(jī)或發(fā)生故障。

圖 1：RACPRO1 DIN 導(dǎo)軌電源的設(shè)計(jì)充分利用了煙囪效應(yīng)。

RACPRO1 DIN 導(dǎo)軌式 PSU 是煙囪效應(yīng)設(shè)計(jì)原理的典范。內(nèi)部組件的位置形成了兩個(gè)垂直的煙囪。當(dāng)熱量上升時(shí)，空氣會(huì)通過(guò)這些通道，冷卻組件。

這種對(duì)煙囪效應(yīng)的巧妙利用，使 RACPRO1 系列能夠依靠對(duì)流冷卻，而不是強(qiáng)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(dǎo)軌 PSU 樹(shù)立新標(biāo)準(zhǔn)的方式之一。

其他資源

RECOM AC/DC、DC/DC 和 EMC 知識(shí)手冊(cè) 廣泛收集了成功實(shí)施 AC/DC 電源設(shè)計(jì)所需的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。

RECOM 的 AC/DC 電源能效：生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī) 是由政府或監(jiān)管機(jī)構(gòu)制定的一套標(biāo)準(zhǔn)和指南，旨在確保產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)最大限度地減少對(duì)環(huán)境的影響。這些法規(guī)主要側(cè)重于通過(guò)減少浪費(fèi)、排放和資源消耗來(lái)提高能效和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

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