臺灣明緯電源之無風扇設計應用與解決方案
臺灣明緯電源之無風扇設計應用與解決方案
一般內置風扇的交換式電源供應器(SPS)在某些特定設備或環境使用中有些許困擾產生，例如不可避免的噪音、振動、額外的功耗、意外的機械故障、短期可靠性與粉塵碎屑等；反之，無風扇SPS具有本體尺寸更小、安靜、可靠與靈活等優點。為了解無風扇SPS和內置風扇SPS的散熱設計與特性差異，下面將介紹SPS各種不同的散熱方式。
SPS效率是總輸出功率與輸入功率的百分比。SPS功率損耗主要來自于相關主動與被動組件, 例如開關器件、接面組件、電容與電感…等，由于相關組件一定會產生能量耗損并以熱的形式消散，因此SPS不可能達到100％的效率。然而藉由選擇適當的電氣設計、散熱設計和適當的組件仍然可以讓SPS實現95％以上甚至更高的效率。額外的功率損耗將影響SPS電氣與散熱特性，過多的損耗也容易造成組件電氣特性偏移與產品壽命的衰減。
SPS設計差異，SPS制造商會設計相對應散熱方式的產品，一般常見的為自然對流、傳導散熱、強制對流與水冷…等方式。不同的散熱與冷卻方式其散熱能力差異很大，可參考以下常見的散熱方式比較說明。
散熱方式與熱傳系數
散熱方式 | 熱傳系數(W/m2K) |
自然對流 | 3-12 |
強制對流 | 10-100 |
水冷 | 3000-7000 |
散熱方式與散熱能力
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由上圖與表格可以明顯看出,水冷散熱方式相對于其他散熱方式有更高的散熱效益,當然整體系統架構上則需付出更高的成本，下表為針對SPS設計做三種不同散熱方式比較，包括優點、缺點和應用。
| 優點 | 缺點 | 應用 | |
| 自然散熱 (被動) | ? 可廣泛使用 ? 低成本 ? 無額外功耗 ? 無聲噪與振動, 靜音運作 ? 低維護 ? 結構簡單, 安裝容易 | ? 散熱能力低 ? 需要大散熱面積 ? 散熱能力與方向性強相關 ? 在不同的環境下難以有效控制 散熱 ? 對流散熱面必須保持清潔無異 物與侵蝕 | ? 適用于低功率密度 ? 需要無無噪音無震動 的環境, 譬如小功率 醫療設備, 室內照明, 家電, 安防, 精密儀 器等 |
| 強制風冷 (主動) | ? 體積熱阻, 比被動式散熱 方式小 ? 散熱能力, 比被動式散熱 方式高 ? 可自定制冷卻性能 | ? 短期可靠度 ? 成本較高 ? 需要經常維護與更換 ? 外來異物, 譬如粉塵 ? 聲噪與振動 ? 需要提供額外電力驅動風扇 | ? 適用于中到高功率密 度 ? 系統本身非密閉有空 氣流動 ? 一般用于工業設備, 資通訊, 戶外照明等 |
| 水冷 (主動) | ? 優良的散熱能力 ? 散熱效率高 ? 無噪音與振動, 運作安靜 ? 在高環溫下也能有效冷卻 ? 提升SPS使用壽命 ? 可在非常寬范圍溫度下運 作 | ? 復雜 ? 成本較高 ? 對泄漏很敏感 ? 需要外接水冷機 | ? 適用于高到極高功率密度 ? 薄型化應用 ? 需要定溫循環的設備 ? 惡劣環境 ? 大多用于高功率工業設備, 例如工業雷射, 充電站等 |
UHP / PHP系列的特點如下所示。
尺寸小, 可解決現代小型化設備的安裝限制。
無風扇設計適用于在靜音環境中使用的設備且額外的好處是可提高系統的可靠性。
高效能與低耗能, 可讓設備整體節能效果更佳。
-30~+70℃超寬工作溫度，可適用于更多不同環境或場所。
通過UL/TUV62368-1, IEC/EN60950-1安規認證。
符合IEC/EN60335-1, EN61558 OVC III規范。
可在5000m海拔上運作。
UHP / PHP系列具有無風扇和灌半膠設計，可為精密儀器、充電站、工控配電柜、工業4.0機器人應用與資通電訊設備提供最佳的解決方案。如下的概要比較表，可供您快速參考，藉以了解UHP / PHP系列的主要區別，并根據需求挑選合適的產品。
| UHP-500 | UHP-750 | UHP-1000 | UHP-1500 | UHP-2500 | PHP-3500 | |
| 冷卻方式 | 被動式冷卻 | 被動式冷卻 | 被動式冷卻 | 被動式冷卻 | 被動式冷卻 | 水冷 |
| 輸入電壓 | 90~264Vac | 90~264Vac | 90~264Vac | 90~264Vac | 90~264Vac | 90~264Vac |
| 輸出電壓 | 4.2/ 5/ 12/ 15/ 24/ 36/ 48V | 12/ 24/ 36/ 48V | 24/ 48V | 24/ 48V | 24/ 48V | 24/ 48V |
| 效率 | 95% | 95% | 96% | 96% | 96% | 96% |
| 通訊接口 | ─ | ─ | ─ | CANBus PMBus | CANBus PMBus | CANBus PMBus |
| 尺寸 (L x W x H mm) | 232*81*31 | 237*100*41 | 240*115*41 | 290*140*41 | 310*140*60 | 380*140*60 |
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