高频开关电源散热系统与改造方式

靳慧 冯铮

摘要 文章首先对高频开关电源的特点进行简要阐述，随后对高频开关电源的散热问题进行分析，在此基础上对高频开关电源散热系统的改造进行论述。期望通过本文的研究能够对高频开关电源的安全、稳定、可靠运行有所帮助。

【关键词】高频开关电源 散热系统 改造

1 高频开关电源的特点

高频开关电源又被称之为开关整流器，简称SMR，它是通过IGBT的高频工作的一种电源设备，其开关频率通常可以控制在lOOkHz以内，由此可实现高效率运行。由于高频开关电源采用了全桥逆变换流技术，从而使其性能更加稳定，整机具有如下功能：过流、过压、短路、超温以及缺相的自动保护。同时高频开关电源直流输出的波形为高频方波，其波纹系数较小，可有效提高镀数，避免了钝化问题的发生。高频开关电源为风冷散热，安装相对比较方便，配有远程控制装置，易于操作和控制，在带有负载的情况下也可关机，从而使调节的繁琐程序得以简化。高效、节能是高频开关电源作为突出的特点，工作效率可以达到90%以上，由于整机采用了先进的防腐工艺，大幅度延长了使用寿命。

2 高频开关电源的散热问题

通过对电力系统中使用的高频开关电源进行调查后发现，风冷是其散热系统采用的主要处理方式，即利用风扇进行降温，以此来达到散热的目的。在实际运行中发现，如果高频开关电源连续运行达到一定时长后，其温度会随之不断升高，当温度达到45-50摄氏度时，风扇会自行启动投入工作，若是此时散热系统发生故障，将无法达到降温的效果，由此可能会造成开关电源损坏。之所以会出现这样的问题，主要是因为在设计散热系统时，并未考虑将散热系统的故障信息及时上传给变电站综合自动化及监控系统当中，从而导致高频开关电源的散热系统因故障停运后，变电站值守人员无法在第一时间内得到相关的信息，同时，由于散热系统安装在屏柜当中，从而使得巡检人员很难发现故障问题，无法及时对故障隐患进行处理，这在一定程度上加重了事态的严重性。为确保高频开关电源的安全、稳定、可靠运行，必须解决其散热系统现存的问题，针对散热系统现存的缺陷，可对其进行改造。

3 高频开关电源散热系统的改进

3.1 改造思路

在对高频开关电源的散热系统进行改造的过程中，应针对起现存的问题，从温度监测和故障监测两个方面着手，对散热系统进行改造，具体思路如下：

3.1.1 温度监测

这里所指的温度监测，是通过远程监控的方法，对高频开关电源的内部温度进行实时监测。受硬件设备功能的限制，无法对散热系统的故障问题进行直接判断，当散热系统发生故障后，会导致高频开关电源内部的温度升高，基于这一前提条件，可对其内部温度进行远程监测，若是温度超限，监测系统便会及时发出报警信号，这样工作人员便可在第一时间赶到现场对故障问题进行快速处理，由此可以防止散热系统故障对高频开关电源运行的影响。虽然这种方式简单易行，但却存在一定的不足，即监测系统通常都是在散热系统出现故障后的一段时间才会发出报警信号，由此可能会造成故障处理不及时的情况发生。

3.1.2 对风扇故障进行远程监测

可将散热系统中的普通风扇更换为带停转故障信号的风扇，在通过远程监测系统对故障信号进行采集，若是判定风扇发出停转故障信号，则可确定风扇损坏，这样便可及时对故障进行维修处理。通过这种方式虽然能够最风扇的停转进行实时监控，但随着时间的推移，风扇在不断的运行中，势必会出现老化和灰尘积聚的情况，由此会导致风险的散热效果降低，此时高频开关电源内部的温度会持续升高，由此会对模块的安全运行造成影响。

通过上述分析不难看出，单独采用某一种改造方式都无法达到最佳的效果，如果将两种改造方式联合到一起，便可互相弥补不足之处。

3.2 改造方式

通过上文分析后，最终决定采用温度监测和风扇故障监测相结合的方法，对高频开关电源的散热系统进行技术性改造，具体的框架结构如图1所示。

将自行设计开发的一个检测模块加装在机柜上，并将温度传感器安装在高频开关电源模块中，与测温模块进行连接，由该模块负责开关电源内部温度的测量和报警，并将信息传给机柜监控单元进行记录，再由監控单元将报警信息传给变电站的PC机，这样站内的值守人员便可及时发现高频开关电源的故障问题，从而在第一时间着手解决处理，确保设备的可靠运行。在对内部温度限值进行设定时，可以按照实际情况而定，同时将风扇更换为带停转故障信号的风扇，并与检测模块相连接，检测其运行状态，并借助RS485与监控单元进行通讯，将信息传给变电站的PC机。

3.3 实现方法

3.3.1 系统硬件

（1）检测模块。该模块为自行设计开发，主要由以下几个部分组成：控制器、外围电路、外部传感器等。其中控制器选用技术先进、稳定可靠的89C51系列单片机，以温度作为动态模拟量，检测电路分为两个部分，一部分是温度检测，另一部分是风扇故障信号检测。

（2）温度传感器。选用美国某知名半导体公司新近研发的一款改进型智能温度传感器，其最为突出的特点是不需要额外配备电源。

（3）风扇。选用带有故障信号线的风扇，并根据风扇故障信号输出的性质，对相应的检测电路进行设计。

3.3.2 通信方式

改造后的散热系统各单元之间需要进行实时通信，采用RS485与机柜监控单元进行通信。

4 结论

综上所述，为确保变电站中高频开关电源的安全、稳定、可靠运行，本文针对起散热系统存在的问题，提出了相应的改进方法，经过改造之后，弥补了散热系统的缺陷，给高频开关电源的正常运行提供了保障。

参考文献

[1]郭德孺，朱凌.高频开关电源柜散热优化研究[J]，移动信息，2016 （07）： 00184-00185.

[2]葛鹏，高频开关电源设计研究[J].工业c，2016 （09）： 00135-00135.