Einfluss der Temperatur auf die Leistung und Lebensdauer von Kommunikations-Schaltnetzteilen
Die Hauptkomponente des Schaltnetzteils für die Kommunikation ist der Hochfrequenz-Schaltgleichrichter, der parallel zur Entwicklung der Theorie und Technologie der Leistungselektronik und der leistungselektronischen Geräte sukzessive weiterentwickelt und ausgereifter wird. Gleichrichter mit Soft-Switching-Technologie verringern den Stromverbrauch, die Temperatur sinkt, Volumen und Gewicht werden erheblich reduziert und die Gesamtqualität und Zuverlässigkeit werden kontinuierlich verbessert. Wenn die Umgebungstemperatur jedoch um 10 Grad ansteigt, verringert sich die Lebensdauer der wichtigsten Leistungskomponenten um 50 Prozent. Die Gründe für diesen rapiden Rückgang der Lebensdauer sind alle auf Temperaturschwankungen zurückzuführen. Ermüdungsbrüche, die durch eine Vielzahl von mikro- und makromechanischen Spannungskonzentrationen, ferromagnetische Materialien und andere Komponenten verursacht werden, die ständig wechselnden Belastungen ausgesetzt sind, führen zu vielen Arten von Mikrodefekten im Inneren. Daher ist die Gewährleistung einer effektiven Wärmeableitung der Geräte eine notwendige Voraussetzung für deren Zuverlässigkeit und Lebensdauer.
Der Zusammenhang zwischen Betriebstemperatur und Zuverlässigkeit sowie Lebensdauer leistungselektronischer Bauteile
Ein Netzteil ist ein Gerät zur Leistungsumwandlung. Während des Umwandlungsprozesses muss elektrische Energie verbraucht werden, die in Wärme umgewandelt wird. Die Stabilität und Alterungsrate elektronischer Komponenten hängen eng mit der Umgebungstemperatur zusammen. Leistungselektronische Komponenten bestehen aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Da die Leistungsverluste von Komponenten während des Betriebs durch ihre eigene Wärmeerzeugung abgeführt werden, kann der thermische Zyklus mehrerer Materialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten im Verhältnis zueinander sehr starke Spannungen verursachen und sogar zu einem sofortigen Bruch und Ausfall der Komponenten führen. Wenn ein Leistungselement über einen längeren Zeitraum unter anormalen Temperaturbedingungen betrieben wird, tritt Ermüdung ein, die zum Bruch führt. Die Existenz einer thermischen Ermüdungslebensdauer bei Halbleitern erfordert, dass sie in einem relativ stabilen und niedrigen Temperaturbereich betrieben werden.
Gleichzeitig können schnelle Temperaturwechsel zwischen den Halbleitern vorübergehend zu Temperaturunterschieden führen, die thermische Spannungen und Thermoschocks erzeugen können. Die Komponenten sind thermisch-mechanischen Spannungen ausgesetzt, die bei zu großen Temperaturunterschieden zu Spannungsrissen in verschiedenen Materialteilen der Komponenten führen. Dies führt zu vorzeitigem Ausfall der Komponenten. Dies erfordert auch, dass die Leistungskomponenten in einem relativ stabilen Betriebstemperaturbereich arbeiten und schnelle Temperaturwechsel reduzieren, um die Auswirkungen thermischer Spannungen auszuschließen und sicherzustellen, dass die Komponenten langfristig zuverlässig funktionieren.
Betriebstemperatur auf die Isolationskapazität des Transformators
Die Primärwicklung des Transformators wird mit Strom versorgt. Der von der Spule erzeugte magnetische Fluss fließt durch den Kern. Da der Kern selbst ein Leiter ist, erzeugen senkrecht zur Ebene verlaufende magnetische Kraftlinien ein induziertes Potential. Im Querschnitt des Kerns bildet sich eine geschlossene Schleife und es entsteht ein Strom, der als „Wirbelstrom“ bezeichnet wird. Dieser „Wirbelstrom“ erhöht die Verluste des Transformators und führt zu einer Erwärmung des Transformatorkerns, was zu einem Anstieg der Temperatur des Transformators führt. Der durch den „Wirbelstrom“ erzeugte Verlust wird als „Eisenverlust“ bezeichnet. Zusätzlich zur Wicklung des Transformators mit Kupferdrähten haben diese Kupferdrähte einen Widerstand. Der Strom, der durch den Widerstand fließt, verbraucht eine bestimmte Menge an Energie. Dieser Teil des Verlusts wird in Wärme umgewandelt und verbraucht, was als „Kupferverlust“ bezeichnet wird. Eisenverlust und Kupferverlust sind also die Hauptursache für den Temperaturanstieg beim Betrieb des Transformators.
Wenn die Temperatur des Transformators steigt, altert die Spule zwangsläufig, und ihre Isolationseigenschaften nehmen ab, was zu einer geschwächten Widerstandsfähigkeit gegenüber den Auswirkungen der Netzspannung führt. Wenn es zu diesem Zeitpunkt zu einem Blitzeinschlag oder einer Netzüberspannung kommt, tritt im Primärtransformator im Transformator eine hohe Gegenspannung auf, die den Transformator durchschlägt, sodass die Stromversorgung ausfällt und gleichzeitig ein Hochdruckstrang in die Hauptkommunikationsausrüstung gelangt, was die Gefahr einer Beschädigung der Hauptausrüstung birgt.
