高頻開關電源散熱系統與改造方式

靳慧 馮錚

摘要 文章首先對高頻開關電源的特點進行簡要闡述，隨后對高頻開關電源的散熱問題進行分析，在此基礎上對高頻開關電源散熱系統的改造進行論述。期望通過本文的研究能夠對高頻開關電源的安全、穩定、可靠運行有所幫助。

【關鍵詞】高頻開關電源 散熱系統 改造

1 高頻開關電源的特點

高頻開關電源又被稱之為開關整流器，簡稱SMR，它是通過IGBT的高頻工作的一種電源設備，其開關頻率通常可以控制在lOOkHz以內，由此可實現高效率運行。由于高頻開關電源采用了全橋逆變換流技術，從而使其性能更加穩定，整機具有如下功能：過流、過壓、短路、超溫以及缺相的自動保護。同時高頻開關電源直流輸出的波形為高頻方波，其波紋系數較小，可有效提高鍍數，避免了鈍化問題的發生。高頻開關電源為風冷散熱，安裝相對比較方便，配有遠程控制裝置，易于操作和控制，在帶有負載的情況下也可關機，從而使調節的繁瑣程序得以簡化。高效、節能是高頻開關電源作為突出的特點，工作效率可以達到90%以上，由于整機采用了先進的防腐工藝，大幅度延長了使用壽命。

2 高頻開關電源的散熱問題

通過對電力系統中使用的高頻開關電源進行調查后發現，風冷是其散熱系統采用的主要處理方式，即利用風扇進行降溫，以此來達到散熱的目的。在實際運行中發現，如果高頻開關電源連續運行達到一定時長后，其溫度會隨之不斷升高，當溫度達到45-50攝氏度時，風扇會自行啟動投入工作，若是此時散熱系統發生故障，將無法達到降溫的效果，由此可能會造成開關電源損壞。之所以會出現這樣的問題，主要是因為在設計散熱系統時，并未考慮將散熱系統的故障信息及時上傳給變電站綜合自動化及監控系統當中，從而導致高頻開關電源的散熱系統因故障停運后，變電站值守人員無法在第一時間內得到相關的信息，同時，由于散熱系統安裝在屏柜當中，從而使得巡檢人員很難發現故障問題，無法及時對故障隱患進行處理，這在一定程度上加重了事態的嚴重性。為確保高頻開關電源的安全、穩定、可靠運行，必須解決其散熱系統現存的問題，針對散熱系統現存的缺陷，可對其進行改造。

3 高頻開關電源散熱系統的改進

3.1 改造思路

在對高頻開關電源的散熱系統進行改造的過程中，應針對起現存的問題，從溫度監測和故障監測兩個方面著手，對散熱系統進行改造，具體思路如下：

3.1.1 溫度監測

這里所指的溫度監測，是通過遠程監控的方法，對高頻開關電源的內部溫度進行實時監測。受硬件設備功能的限制，無法對散熱系統的故障問題進行直接判斷，當散熱系統發生故障后，會導致高頻開關電源內部的溫度升高，基于這一前提條件，可對其內部溫度進行遠程監測，若是溫度超限，監測系統便會及時發出報警信號，這樣工作人員便可在第一時間趕到現場對故障問題進行快速處理，由此可以防止散熱系統故障對高頻開關電源運行的影響。雖然這種方式簡單易行，但卻存在一定的不足，即監測系統通常都是在散熱系統出現故障后的一段時間才會發出報警信號，由此可能會造成故障處理不及時的情況發生。

3.1.2 對風扇故障進行遠程監測

可將散熱系統中的普通風扇更換為帶停轉故障信號的風扇，在通過遠程監測系統對故障信號進行采集，若是判定風扇發出停轉故障信號，則可確定風扇損壞，這樣便可及時對故障進行維修處理。通過這種方式雖然能夠最風扇的停轉進行實時監控，但隨著時間的推移，風扇在不斷的運行中，勢必會出現老化和灰塵積聚的情況，由此會導致風險的散熱效果降低，此時高頻開關電源內部的溫度會持續升高，由此會對模塊的安全運行造成影響。

通過上述分析不難看出，單獨采用某一種改造方式都無法達到最佳的效果，如果將兩種改造方式聯合到一起，便可互相彌補不足之處。

3.2 改造方式

通過上文分析后，最終決定采用溫度監測和風扇故障監測相結合的方法，對高頻開關電源的散熱系統進行技術性改造，具體的框架結構如圖1所示。

將自行設計開發的一個檢測模塊加裝在機柜上，并將溫度傳感器安裝在高頻開關電源模塊中，與測溫模塊進行連接，由該模塊負責開關電源內部溫度的測量和報警，并將信息傳給機柜監控單元進行記錄，再由監控單元將報警信息傳給變電站的PC機，這樣站內的值守人員便可及時發現高頻開關電源的故障問題，從而在第一時間著手解決處理，確保設備的可靠運行。在對內部溫度限值進行設定時，可以按照實際情況而定，同時將風扇更換為帶停轉故障信號的風扇，并與檢測模塊相連接，檢測其運行狀態，并借助RS485與監控單元進行通訊，將信息傳給變電站的PC機。

3.3 實現方法

3.3.1 系統硬件

（1）檢測模塊。該模塊為自行設計開發，主要由以下幾個部分組成：控制器、外圍電路、外部傳感器等。其中控制器選用技術先進、穩定可靠的89C51系列單片機，以溫度作為動態模擬量，檢測電路分為兩個部分，一部分是溫度檢測，另一部分是風扇故障信號檢測。

（2）溫度傳感器。選用美國某知名半導體公司新近研發的一款改進型智能溫度傳感器，其最為突出的特點是不需要額外配備電源。

（3）風扇。選用帶有故障信號線的風扇，并根據風扇故障信號輸出的性質，對相應的檢測電路進行設計。

3.3.2 通信方式

改造后的散熱系統各單元之間需要進行實時通信，采用RS485與機柜監控單元進行通信。

4 結論

綜上所述，為確保變電站中高頻開關電源的安全、穩定、可靠運行，本文針對起散熱系統存在的問題，提出了相應的改進方法，經過改造之后，彌補了散熱系統的缺陷，給高頻開關電源的正常運行提供了保障。

參考文獻

[1]郭德孺，朱凌.高頻開關電源柜散熱優化研究[J]，移動信息，2016 （07）： 00184-00185.

[2]葛鵬，高頻開關電源設計研究[J].工業c，2016 （09）： 00135-00135.