作者： Pete Bartolik

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化 DIN 導(dǎo)軌可輕松地將電源安裝到電氣外殼中。然而，設(shè)計(jì)人員不能忽視效率和散熱問(wèn)題，否則會(huì)影響應(yīng)用的可靠性、使用壽命和運(yùn)營(yíng)成本。

不可靠的電源會(huì)讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員及其客戶感到惱火。提前更換電源非常耗時(shí)且成本高昂，并且在許多應(yīng)用中導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)是不可接受的。

發(fā)熱與 DIN 電源的效率低下和故障如影隨形。發(fā)熱會(huì)使電源中用于儲(chǔ)存電能、平滑電壓及電流波動(dòng)的電解電容器逐漸變干失效。

電容器對(duì)溫度最敏感，通常是電源中第一個(gè)出現(xiàn)故障的元件。溫度上升 10°C 就會(huì)使其預(yù)期使用壽命減半，因此防止過(guò)熱是一項(xiàng)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。半導(dǎo)體器件和焊點(diǎn)也容易受到溫升的影響。

通過(guò)采用高效的設(shè)計(jì)、適當(dāng)?shù)臒峁芾砗瓦x擇高品質(zhì)器件，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可以減輕熱量影響、延長(zhǎng)使用壽命并提高系統(tǒng)可靠性。

優(yōu)化高效設(shè)計(jì)

DIN 導(dǎo)軌電源的效率用輸出功率與輸入功率之比率表示。例如，運(yùn)行效率 95% 的電源僅會(huì)損失 5% 的輸入能量作為熱量，而運(yùn)行效率為 85% 的電源則會(huì)損失 15% 的輸入能量。

通過(guò)減少發(fā)熱，高效率電源可以降低冷卻要求，更好地確保電解電容器達(dá)到制造商規(guī)定的使用壽命，并提高電源裝置的總體可靠性。

通過(guò)采用熱管理優(yōu)化方案，將熱量消散至外部環(huán)境中，降低內(nèi)部溫度。此外，電源設(shè)備可通過(guò)盡可能地減小溫度敏感器件的受熱影響，提高總體耐用性并延長(zhǎng)使用壽命。

電源變得越來(lái)越復(fù)雜，尺寸卻越來(lái)越小。內(nèi)部空間有限，因此安裝冷卻管道至關(guān)重要，設(shè)計(jì)人員最好將其視為不可或缺的組件。通過(guò)采用先進(jìn)的冷卻概念，通常可以取消內(nèi)部散熱器，進(jìn)一步減輕電源重量，顯著降低生產(chǎn)成本。

電源設(shè)備制造實(shí)踐

PULS 等制造商證明，通過(guò)高效率、優(yōu)化熱管理和精確的測(cè)量技術(shù)，可以設(shè)計(jì)出可靠環(huán)保的電源。

測(cè)量電源效率是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員應(yīng)評(píng)估制造商提供的數(shù)據(jù)，以確保這些數(shù)據(jù)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試程序獲得的。這樣做會(huì)確保效率參數(shù)真實(shí)可靠，且在不同供應(yīng)商產(chǎn)品之間具有橫向可比性。能效測(cè)量應(yīng)在模擬真實(shí)條件下進(jìn)行，具體包括動(dòng)態(tài)負(fù)載及溫度范圍。

器件的位置也很重要。把決定使用壽命的器件有策略地放置在溫度較低的區(qū)域，助于最大限度地延長(zhǎng)使用壽命。例如，電解電容器可放置在冷氣流附近（圖 1）。

圖 1：熱圖展示了將電解電容器放置在冷卻氣流附近并遠(yuǎn)離發(fā)熱點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。（圖片來(lái)源：PULS）

PULS 提供全面的 [DIN 電源] 。其 240 W CP10 系列產(chǎn)品的效率高達(dá) 95.2%，480 W CP20 系列的效率高達(dá) 95.6%。這兩個(gè)系列的高效率和先進(jìn)的熱設(shè)計(jì)最大限度地減少了內(nèi)部發(fā)熱，使其非常適合要求苛刻的工業(yè)應(yīng)用。

該公司將其 [DIMENSION CP10.241] 電源放置在一個(gè)外殼內(nèi)（圖 2）進(jìn)行測(cè)試，并加載至額定功率的 80%。測(cè)試結(jié)果顯示，運(yùn)行四小時(shí)后，外殼內(nèi)的溫度上升了約 19°C。效率低 6.7% 的設(shè)備會(huì)導(dǎo)致控制柜內(nèi)的溫度高到 35.3°C。溫升16.3°C 就會(huì)使電解電容器的使用壽命縮短一半以上。

圖 2：PULS DIMENSION CP10.241。（圖片來(lái)源：PULS）

產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該評(píng)估電源在非滿載運(yùn)行時(shí)的效率，因?yàn)榉菨M載效率在設(shè)計(jì)實(shí)用、經(jīng)濟(jì)高效的應(yīng)用時(shí)越來(lái)越重要。高滿載效率使得使用小型設(shè)計(jì)成為可能，但要求電源滿載運(yùn)行的情況相對(duì)很少。PULS 對(duì)其 [DIMENSION CP20.241] 進(jìn)行的測(cè)試展示了效率如何影響不同的負(fù)載（圖 3）。

圖 3：不同負(fù)載對(duì) PULS DIMENSION CP20.241 效率的影響。（圖片來(lái)源：PULS）

產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員還應(yīng)確保他們選擇的電源符合能源效率標(biāo)準(zhǔn)，例如能源之星和 IEC 62368-1 標(biāo)準(zhǔn)，以及限制有害物質(zhì)指令 (RoHS)、針對(duì)危險(xiǎn)材料和電子廢物管理的廢棄電氣電子設(shè)備 (WEEE) 指令。

結(jié)語(yǔ)

DIN 導(dǎo)軌電源的效率和散熱是產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員需要考慮的關(guān)鍵因素。高效率可降低運(yùn)行成本、最大限度地減少對(duì)環(huán)境的影響并提高系統(tǒng)可靠性。有效的散熱策略可確保器件壽命，防止系統(tǒng)故障。PULS DIMENSION 產(chǎn)品組合包括各種 DIN 導(dǎo)軌電源，可為幾乎所有應(yīng)用提供合適的解決方案。

審核編輯 黃宇