水冷电源优势大解析

文:  Brian Lu/ MWUSA Technical Service Dept.
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由于客户应用环境与SPS设计差异,SPS制造商会设计相对应散热方式的产品,?#35805;?#24120;见的为自然对流、传导散热、强制对流与水冷…等方式。不同的散热与冷却方式其散热能力差异很大,可参考以下常见的散热方式比较说明。
 

 

  1. 散热方式与热传系数
散热方式 热传系数 (W/m2K)
自然对流 3-12
强制对流 10-100
水冷 3000-7000

      2. 散热方式与散热能力
 

  
由上图与表格可以明显看出,水冷散热方式相对于其他散热方式有更高的散热效益,当然整体系统架构?#26174;?#38656;付出更高的成本,下表为针对SPS设计做三种不同散热方式比较,包括优点、缺点和应用。
 
  优点 缺点 应用
自然散热
(被动)
? 可广泛使用
? 低成本
? 无额外功耗
? 无声噪与振动, 静音运作
? 低维护
? 结构简单, 安装容易
? 散热能力低
? 需要大散热面积
? 散热能力与方向性强相关
? 在不同的环?#35802;?#38590;以有效控制散热
? 对流散热面必须保持清洁无异物与侵蚀
? 适用于低功率密度
? 需要无无噪音无震动的环境, 譬如小功率医疗设备, 室内照明,家电, 安防, 精密仪器等
强?#21697;?#20919; (主动) ? 体积热阻, ?#32570;?#21160;式散热方式小
? 散热能力, ?#32570;?#21160;式散热方式高
? 可自定制冷却性能
? 短期可靠度
? 成本较高
? 需要经常维护与更换
? 外来异物, 譬如粉尘
? 声噪与振动
? 需要提供额外电力驱动风扇
? 适用于中到高功率密度
? 系统本身非密闭有?#25484;?#27969;动
? ?#35805;?#29992;于工业设备,资通讯, 户外照明等
水冷
(主动)
? 优良的散热能力
? 散热效率高
? 无噪音与振动, 运作安静
? 在高环温下也能有效冷却
? 提升SPS使用寿命
? 可在非常宽范围温度下运作
? 复杂
? 成本较高
? 对泄漏很敏感
? 需要外接水冷机
? 适用于高到极高功率密度
? 薄型化应用
? 需要定温循环的设备
? 恶劣环境
? 大多用于高功率工业设备, 例如工业雷射, 充电站等

  
?#22771;?#22312;开关电源设计中,对流冷却和强?#21697;?#20919;被广泛采用,普遍被使用在产生较少热或是中低功率的应用中。针对产生较高热量的应用(例如光纤激光器)则大多利用水冷器通过水循环(水冷)来散热。极高功率密度之大功率(约10KW以上)应用也会使用水冷技术,以减小设备整体尺寸。利用既有的水冷机,具备水冷的电源产品是激光?#22270;?#39640;功率密度之大功率设计应用的首选。

明纬首款水冷电源PHP-3500系列,最高输出可达3500W,透过并联功能,最多可并联四台产品,以提供高达14,000W的功率。由于具备水冷功能,PHP-3500适用于光纤激光器和配备水冷机的高密度功率应用。除了水冷之外,针对工业自动化应用所需,PHP-3500系列也可以通过外部风扇进行冷却散热。两种散热模式主要差异在水冷可以有效降低电源内部零件的温度。从下方影片中,可以看到PHP-3500-48在水冷和风冷的散热模式下,MOSFET和电容器的温度变化。使用水冷散热的方式,MOSFET和电容器的温?#32570;?#39118;冷低6~18°C。水冷技术不仅可以使电源内部零件维持在一个更低的理想温度,使产品具有更高的可靠性,也让高功率应用或光纤激光器的产品外形设计更?#26377;?#24039;。