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隨著開關電源向高頻、小型化發(fā)展，其功率密度不斷提高，電源發(fā)熱問題變得不可忽視。溫度是影響開關電源可靠性的重要因素之一。當器件溫度高于其額定工作溫度時，每升高10℃，器件可靠性下降一半，溫度超過極限值將導致器件損壞，造成電源失效。除了選用低功耗器件及優(yōu)化拓撲減小模塊發(fā)熱量外，高效可靠的冷卻方式成為開關電源向高功率密度方向發(fā)展的關鍵。

日前，中國科學院電工研究所、中國科學院大學的研究人員溫英科、阮琳指出，高效可靠的冷卻技術是開關電源向高功率密度方向發(fā)展的迫切需求。為了實現開關電源的高效散熱，克服傳統(tǒng)冷卻方式效率低、系統(tǒng)復雜、電源溫升高等缺點，將全浸式蒸發(fā)冷卻技術應用于開關電源冷卻領域。有關研究成果已發(fā)表在2018《電工技術學報》第18期上，題目為“全浸式蒸發(fā)冷卻開關電源熱分析及實驗”。

據了解，傳統(tǒng)的冷卻方式有三種：自然對流冷卻、強迫風冷散熱、強迫水冷散熱。鑒于空冷（自然對流、強迫風冷）散熱能力有限，強迫水冷散熱系統(tǒng)復雜、可靠性低的現狀，開關電源迫切需要一種冷卻能力強、安全可靠的冷卻方式。與空冷、水冷依靠冷卻介質帶走熱量的方式截然不同，蒸發(fā)冷卻技術利用高絕緣、低沸點的冷卻介質受熱沸騰時的汽化潛熱帶走熱量。

當前，常用的蒸發(fā)冷卻形式有全浸式、表貼式、管道內冷式以及噴淋式，并且由發(fā)熱體的結構及發(fā)熱特征來決定冷卻方式的選取。開關電源熱源具有數量多、分布離散、發(fā)熱不均勻、熱源幾何形狀復雜的特點，采用全浸式蒸發(fā)冷卻將電源模塊直接浸沒于冷卻介質中，發(fā)熱器件可與冷卻介質充分直接接觸，冷卻效果好，且系統(tǒng)結構簡單，可靠性高，是將蒸發(fā)冷卻技術應用于開關電源的首選結構形式。

圖1 全浸式蒸發(fā)冷卻開關電源主電路結構

研究人員以一臺12V/2kW開關電源為例，從理論分析、仿真建模及實驗驗證角度對全浸式蒸發(fā)冷卻開關電源熱特性進行研究，并與強迫風冷開關電源熱特性進行對比研究。仿真及實驗驗證了理論分析的正確性，證實了全浸式蒸發(fā)冷卻技術應用于開關電源冷卻的可行性及技術優(yōu)勢。

圖2 全浸式蒸發(fā)冷卻開關電源溫度測試系統(tǒng)示意圖

全浸式蒸發(fā)冷卻開關電源不僅冷卻結構簡單，而且具有穩(wěn)態(tài)溫升低、溫度分布均勻、無局部過熱點和動態(tài)過程熱應力小的優(yōu)點。另外，全浸式蒸發(fā)冷卻開關電源無需特殊的風道設計，在器件布局靈活性及縮小電源體積、提高電源功率密度方面有較大優(yōu)勢。

全浸式蒸發(fā)冷卻開關電源開機過程中器件溫度變化率低，關機過程中無瞬間溫度過沖，減小了溫度變化帶來的熱沖擊和熱應力，提高了電源運行可靠性，適應了開關電源的冷卻需求，在開關電源冷卻領域具有良好的應用前景。