采用传导和对流混合冷却的开关电源

电子应用会发热，过多热量会造成效率降低、元器件寿命缩短，甚至导致热故障。采用风扇冷却的电源在许多应用中都备受青睐，但在那些对效率、静音和可靠性要求极高的应用中却并非如此。

为了保持最佳工作温度，我们采用了各种冷却方法，但每种方法都有各自的优缺点。传统电源依靠强制风冷或被动对流冷却，前者利用风扇主动将空气吹过发热的元器件，后者依靠散热器和气流散热。其他可选的冷却方式包括传导冷却和液体冷却。

TRACO Power 为工业、医疗和电信应用提供一系列无风扇电源解决方案。该公司的 TCI 系列可加强热管理，减少与热有关的能量损失，并使系统更可靠地连续运行。该公司使用适当的基板提供传导冷却电源解决方案，并提供对流冷却或强制风冷选择，因此可用于各式各样的应用。

通过不同的选项分类

每种冷却方法都需要在效率、尺寸、成本和可靠性方面进行权衡。在为电子器件设计冷却系统时，应考虑以下因素：

• 功率耗散要求
• 空间限制
• 可靠性需求
• 成本和复杂性

通过选择适当的冷却策略，设计人员可以提高各种电子应用的效率、可靠性和性能。以下是开发应用时应考虑的典型冷却方法：

• 对流：对流冷却依靠上升的暖空气被较冷空气取代的自然运动，无需任何主动组件即可实现散热。这种冷却方法成本低，性能可靠，但效果有限，尤其是在气流受限的封闭空间内。被动对流冷却可靠性高，但不适合大量发热的大功率应用。
• 强制风冷：强制风冷利用风扇主动将空气吹过发热的元器件，以改善散热效果。这种方法通常用于工业电源、计算系统和大功率电子设备。风扇会消耗电能、产生噪音并引入潜在故障点，但能有效防止设备过热和热节流，从而在苛刻的环境中维持系统稳定。
• 散热器：散热器利用热传导将元器件的热量传递到更大的表面积区域，使热量消散到周围的空气中。大多数散热器都采用鳍片设计，以最大限度地增加表面积，通过自然或强制对流加强冷却效果。虽然薄型散热器可用于紧凑型应用，但大功率热耗散通常需要较大的散热器。
• 冷板：冷板使用厚金属底板将热量从元器件中传导出去，使热量分布在更大的范围内。  
• 液体冷却：液体冷却依赖于一个闭环系统，冷却液从组元器件中吸收热量并将其输送到散热器或热交换器中进行散热。这种方法通常用于航空航天、汽车和高性能计算等大功率应用，因为在这些应用中，仅靠风扇和散热器散热是不够的。然而，液体冷却需要额外的工程设计，会增加复杂性和维护工作。
• 导热化合物： 如导热膏或导热脂等导热化合物可降低电子元器件与冷却表面之间的热阻，但本身并不具有散热能力。通过填充微小的空气间隙，这些化合物可提高热传导效率，确保散热片、冷板或散热器能有效地发挥作用。有些热敏化合物还可用作粘合剂，在没有机械紧固件的情况下固定冷却组件。

TRACO Power 的混合设计

TRACO Power 的 TCI 系列开关电源采用了混合型外壳设计，同时支持对流和传导冷却（图 1），使其在不同的热管理策略中高度通用。

图 1：TRACO Power 的混合外壳设计为设计人员提供了传导和对流冷却选项。（图片来源：TRACO Power）

在传导冷却方面，金属外壳可确保热量有效传导至与之连接的底板、散热器或机箱，从而实现被动散热。这可能是密封外罩的首选冷却方法，因为使用风扇产生强制气流既不现实也无可能性。

密封在外壳内部的元器件之间实现了热连接，这会优化散热，并通过自然对流带走多余热量。户外安装时，混合设计在许多情况下仍可实现被动冷却，而无需增加散热器。

TCI 系列结合了传导冷却和对流冷却两种外壳的最佳特性，具有卓越的散热性能。在与传统电源设计相同的外形尺寸内，该系列无需风扇就能产生高得多的功率。据 TRACO Power 称，在传导冷却设置中，TCI 系列提供的功率高达其额定最大输出功率 100%，是无风扇应用设置的理想选择。

通过使用适当的底板和特殊的灌封化合物，TCI 系列的混合设计实现了独立元器件之间的高效热连接，从而达到最佳传热效果。这种先进的复合材料使得各个元器件能以最高效率运行，而采用传统设计的电源系统很难实现这一点。

TCI 系列专为要求 130 W 至 500 W 功率的传导冷却解决方案而设计，因此特别适用于无风扇应用。有了适当的底板，该系列可在高达 100% 额定功率下安全运行。

130 W TCI 130-124-J（图 2）是一款传导冷却式 AC/DC 密封电源，在最大限度地提高效率的同时，实现了出色的恒温冷却性能。该设备的效率高达 92%，工作温度范围为 -30°C 至 +50°C（不降额），在降额或强制冷却的情况下最高可达 +80°C。其存储温度范围为 -30°C 至 +80°C，尺寸为 80 mm x 59.7 mm x 43.2 mm（3.15" x 2.35" x 1.7" ）。

图 2：TRACO Power TCI 130-124-J 是一款 130 W 传导冷却型 AC/DC 装置。（图片来源：TRACO Power）

240 W TCI 240-112-J（图 2）的工作和存储温度范围与 130 W 设备相同，其尺寸为 104 mm x 62.5 mm x 39.2 mm（4.1" x 2.46" x 1.54" ）。TCI130 和 TCI240 型装置标配金属封装，安装在金属机箱或底板上时无需风扇即可提供 100% 输出。

图 3：TRACO Power TCI 240-112-J 安装在金属机箱内或底板上时，无需风扇即可实现 100% 输出。（图片来源：TRACO Power）

采用 U 型槽封装的 TCI 500U-124U-T（图 3）无需风扇即可提供高达 90% 的最大输出功率。这款电源的工作温度范围与 TCI 130 和 TCI 240 系列相同，存储温度为 -30°C 至 +85°C。该电源的尺寸为 130 mm x 83 mm x 40 mm（5.12" 长 x 3.27" 宽 x 1.57" ）。该电源还具有远程开/关控制功能，便于集成到自动电源管理系统中；具有远程输入检测功能，可补偿长线路中的电压降。

图 4：TCI 500-124U-T 的输出电压为 24 VDC，效率为 91%。（图片来源：TRACO Power）

TCI 系列具有一致的热特性和电气特性，可实现跨产品无缝集成和扩展，使产品设计人员能够从低功率设计开始，根据需要提升到更高功率。所有三种额定功率都符合管制行业严格的电磁兼容性 (EMC) 和隔离标准。

结语

无风扇传导冷却型开关电源可确保在工业、医疗和电信应用中实现静音运行、提高可靠性并加强热管理。TRACO Power 的 TCI 系列提供了三种额定功率选择，具有功率可扩展性、外形紧凑和宽工作温度范围等特点。这些电源可无缝集成到空间受限的密封机箱中，为严苛环境中的电源管理实现高效率和散热。