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隨著開關(guān)電源高頻化、小型化，其發(fā)熱問題變得不可忽視。傳統(tǒng)冷卻技術(shù)中存在空冷（自然對流，強迫風(fēng)冷）散熱能力有限、強迫水冷散熱系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性低的現(xiàn)狀，開關(guān)電源迫切需要一種冷卻能力強、安全可靠、維護方便的冷卻方式。

與空冷、水冷依靠冷卻介質(zhì)吸收顯熱帶走熱量的方式截然不同，全浸式液汽相變冷卻技術(shù)利用高絕緣、低沸點的有機工質(zhì)（下文簡稱工作介質(zhì)）受熱沸騰時的汽化潛熱帶走熱量，其冷卻能力遠高于傳統(tǒng)冷卻方式。

作為一種安全、高效的散熱方式，液汽相變冷卻技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于發(fā)電設(shè)備、低壓電器設(shè)備以及大科學(xué)儀器等裝置，目前已經(jīng)在電力電子設(shè)備中實現(xiàn)示范應(yīng)用，有望在開關(guān)電源冷卻領(lǐng)域成功應(yīng)用，實現(xiàn)開關(guān)電源高效散熱、高功率密度和高可靠性的目標。

全浸式液汽相變冷卻開關(guān)電源，電源模塊直接浸沒于工作介質(zhì)中，不僅具有穩(wěn)態(tài)溫升低、穩(wěn)態(tài)溫度分布均勻的優(yōu)點，且電源在開機過程中溫度變化率低，關(guān)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(yīng)力。此外，全浸式液汽相變冷卻開關(guān)電源無需特殊的風(fēng)道設(shè)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。

然而，由于工作介質(zhì)直接與電源器件接觸，實際應(yīng)用中，某型號全浸式液汽相變冷卻開關(guān)電源運行一段時間后（約20～30天），出現(xiàn)母線電壓上升的問題，如圖1所示。

圖1 全浸式液汽相變冷卻開關(guān)電源母線電壓上升

依據(jù)電路反饋控制原理，母線電壓上升是由于母線電壓采樣值偏低導(dǎo)致，而母線電壓采樣值偏低是由于采樣電路中采樣電阻阻值變化引起的。通過對故障電源母線電壓采樣電路進行故障診斷發(fā)現(xiàn)，母線電壓采樣電路中與母線電壓相連的貼片電阻發(fā)生了阻值上升甚至斷路現(xiàn)象，通過更換采樣電阻，此類故障得以修復(fù)。此外，電源中與高壓直接相連的電路如PFC、LLC MOS管的尖峰吸收電路，輔助電源取電電路等部分的貼片電阻均不同程度地出現(xiàn)了類似故障。

中國科學(xué)院電工研究所、中國科學(xué)院大學(xué)的研究人員，利用兩種貼片電阻構(gòu)成三種電壓采樣電路在不同電壓等級下于空氣中及工作介質(zhì)中持續(xù)工作，利用采樣電壓信號觀測及掃描電鏡微觀分析的手段研究了工作介質(zhì)環(huán)境下貼片電阻失效的外部因素及內(nèi)在機理，分析了可在工作介質(zhì)環(huán)境下穩(wěn)定工作的貼片電阻的結(jié)構(gòu)特點。

圖2 貼片電阻結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 貼片電阻實驗臺架

圖14 實驗用貼片電阻放大圖

工作介質(zhì)環(huán)境下，貼片電阻失效率隨其工作端電壓增加而增加，工作介質(zhì)環(huán)境及較高的端電壓是其失效的外部因素；銀電極與氯離子反應(yīng)生成低電導(dǎo)率的氯化銀，是導(dǎo)致貼片電阻失效的內(nèi)在原因。在貼片電阻選型過程中，增加電阻外電極與電阻保護層交疊面積，可避免氯離子對貼片電阻銀電極的腐蝕。

此外，在全浸式液汽相變冷卻開關(guān)電源產(chǎn)品工藝設(shè)計時，從焊接、電連接到封裝結(jié)構(gòu)多個環(huán)節(jié)盡量控制含氯元素材料的使用，從而提高貼片電阻在工作介質(zhì)環(huán)境下的工作可靠性。為提高全浸式液汽相變冷卻開關(guān)電源運行可靠性提供了理論分析依據(jù)及技術(shù)支撐。

以上研究成果已發(fā)表在2019年第24期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標題為“全浸式液汽相變冷卻方式貼片電阻失效機理”，作者為溫英科、阮琳。