Охлаждение импульсных блоков питания

Надёжность импульсных блоков питания (ИБП) зависит трех главных факторов. Так же ИБП называют ИИП - импульсные источники питания, которые по сути своей работы основаны на импульсном дросселе и высоко частотном источнике ШИМ сигнала. Для промышленных ИБП частота работы 30-300кГц.

Маломощные китайские преобразователи могут работать на  100кГц. 

Как правило, чем выше частота работы ИБП тем выше и нагрев внутренних элементов и тем жещще должно быть качество  элементов.

1. Качество элементов ИБП

К первому фактору бесперебойной работы ИБП относится качество элементов из которых состоит блок питания.  Сюда же можно отнести такие факторы как отсутствие брака в конденсаторах, диодах и транзисторах.

Так же качество паячных материалов, припоя и даже толщина текстолита, на котором располагаются элементы относятся к фактору качества составных частей блока питания.

В пример качества составных частей ИБП можно привести толщину и прочность корпуса ИБП.

2. Расчет номиналов компонентов ИБП

Второй фактор надёжности ИБП это грамотный расчет номиналов в работе электрических элементов ( SMD , дросселей, конденсаторов итд.). То есть вся система должна быть рассчитана на подключаемую нагрузку и все элементы схемы ИБП должны синхронно работаь.

К  примеру расчета электрических элементов можно отнести выбор ёмкости входного конденсатора ИБП, где ёмкость кандера выбирают по схеме 1микрофарад ёмкости обслуживает 1 Ватт выходной мощности, выдаваемой ИБП.

Таким образом, если у вас на блоке питания стоят конденсаторы 400V_220uF а блок питания вроде как рассчитан на 300 ватт, то с большой уверенностью можно сказать что 300W мощности этот ИБП не выдаст, так как ёмкость входного сетевого конденсатора всего 220 микро Фарад, за место положенных 300 uF.

3. Система охлаждения блоков питания

Третий фактор бесперебойной работы ИБП это хорошо налаженная система охлаждения или грамотный отвод тепла от всех подверженных нагреву элементов.

Вся загвоздка в том, что блок питания, особенно мощьный ( те что более 500 W и более) имеет не малые габариты.

В блоках питания в основном греются ключевые IGBT транзисторы, диодные мосты и при большой нагрузке идёт нагрев обмоток трансформаторного дросселя - то есть сильно греется сам трансформатор.

  IGBT - Insulated-gate bipolar transistor они же мощьные транзисторы в блоках питания свыше 500 Вт подвержены особому нагреву..

При этих немалых габаритах ИБП, если мы будим располагать силовые элементы далеко друг от друга с целью хорошего охлаждения мы сильно раздуем без того большие габариты блока питания.

По этой причине нужно рассчитать топологию элементов питания ИБП так, что бы было минимум свободного места внутри корпуса при максимально хорошей системе охлаждения.

Даже идеально рассчитанный и изготовленный из качественных компонентов ИБП очень быстро выйдет из строя если не будет обладать хорошими радиаторами или активным вентилятором воздушного охлаждения.

Пассивное охлаждение блоков питания.

Самым простым способом охлаждения импульсных источников питания является пассивное охлаждение. Речь идёт о выборе вариантов радиаторов охлаждения.

И тут у нас есть отличный выбор между двумя типами металлов, из которых изготавливают радиаторы.

Медь и алюминий это два типа метала, имеющие различный теплоотвод или теплопроводность.

Для сравнения посмотрите сами, у меди коэффициент теплопроводности равен *389,6 Вт/м °С. А для  алюминия практически вдвое меньше = *209,3 Вт/м °С.

Тем не менее, между радиатором и греющимся элементом ( транзистором ) в блоке питания всегда идёт промежуточная прокладка из термопроводного стликона и термопасты.

Учитывайте что как проводящая силиконовая прокладка, так и термо-паста имеют различные свойства по термо отводу.

Прокладки из силикона имеют разную толщину а термо пасты имеют разные теплоотводные свойства.

Теплопроводность или колличество тепла в виде энергии, проводимой термопастой или силиконовой прокладкой измеряют в ватт на метр на кельвин и обозначают Вт/мК. 

Для  процессоров в домашних системных блоках берут пасты с теплопроводностью 2-5 Вт/мК.

Такие же по теплопроводности пасты подходят и для охлаждения радиаторов, установленных на  элементах в блоках питания мощьностью до 500 W. 

Для мощных стационарных компьютеров с выбросом температуры процессора TDP более 150W лучше приобрести состав термопасты с теплопроводностью 8 до 10 Вт/мК.

Активное охлаждение блоков питания

Как правило, все преобразователи и импульсные блоки питания могут работать на повышенных нагрузках при условии наличия активного охлаждения. Примером может служить повышающий преобразователь на 200W, который при наличии cooler охлаждения может держать нагрузку на 100W больше, выдавая 300W в активном режиме.

В таком случае мы берём термо реле и кулер охлаждения и составляем простейшую цепь управления для системы охлаждения. Самое недорогое термо реле представляет собой термо пару в корпусе to 220.

Термо пара в корпусе представляет собой реле основанное на замыкании цепи под действием повышенной температуры. На фото выше вы видите данное устройство. Термореле компактное как видно на изображении ниже и в обычной установке осуществляется посадка его на радиатор охлаждения через посадочное отверстие на корпусе. Посадка реле так же осуществляется через силиконовую термо прокладку. 

Обратите внимание на то что фото ниже реле содержит 3 контакта в отличие от фото выше, в то время как само реле содержит естественно только 2 контакта. Схемотехническая универсальность корпуса ТО 220 подразумевает так же и  что внутри могут быть не только реле но и транзистор.