电源小知识 浅谈电源散热问题

烂泥

　　下面就来谈一谈电源的散热问题，包括散热的重要性，散热方式，电源内部主要发热元件，各关键点的温度上限有何要求等等。

　　首先了解下目前用户对电源散热的认知度：广大DIY用户对CPU、显卡、主板等能够直接影响到整机效能的配件关注度较高。而对电源则一直没有给于足够的重视，对于电源的品质更是不甚关心，总觉得瓦数差不多就可以了。但电源的作用其实至关重要，绝对不比CPU低，整个电源的稳定运行全依靠电源来支持。而对于电源散热的考虑则主要出于对整个机箱的散热需求，他们往往更关注静音，价格低不低等。

　　电源的头号杀手---高温

　　一个完整的电源由外壳，风扇，电路板（板上插着各种电子元件），电源插座组成。电源的基本工作原理是通过高频开关技术将高压交流电转换成电脑所需的不同低压直流电。在AC--DC转换过程中由于技术的限制以及电子元件本身对电流有阻碍作用，必然有一部分能量变成热能，以热量形式散发于空气之中,给人感觉就是高温。电源在高温情况下工作会较常温下工作性能有所缩减，体现在输出功率减小。这是因为高温会影响电子元件的精确度，稳定度，还有各种电子零件的阻值，容值，感值等。有时甚至造成电子零件损坏，从而让电源工作不正常或不工作。

　　怎样解决电源散热问题？

　　人们已经意识到电源散热的重要性，但怎么去解决这个发热问题，解决到什么程度，这就是要设计者们去思考了。从现在的电源设计来看，都是采取风冷，像超频三这么高级的热管风冷双重散热在业界也算是蝎子拉独一份儿的，最近听说超频三又发布了第二代热管电源，采用的是后斜吹结构热管散热，简直闻所未闻，到底是不是又成为一个传奇，咱们还是拭目以待吧！

　　风冷方式有传统排风式，大风车式，前排后吹式，前排下吸式，下吹后吸式，直吹式等。

　　一，排风式散热


　　

　　排风式散热是由一个8cm规格风扇将机箱和电源内部的热量带到机箱外。采取吸风式。

　　优点：技术成熟、预留给电源内部其他元件空间较大，运用广泛。

　　缺点：风扇设计靠外，产生噪音较大、对于机箱内部散热帮助较小

　　二，大风车散热


　　

　　大风车散热是在电源的一个底面上加上一个12cm规格的风扇，工作时大风扇将机箱内风吹向电源内部元器件，然后通过电源内部产生的压力将热量挤压出去。

　　优点：噪音低、能够帮助机箱整体散热。

　　缺点：由于风扇转速低，容易形成散热死角或将热量堆积到电路板底部造成电源内部散热不均。

　　三，前排后吹式散热


　　

　　前排后吹使用两个平行对流的风扇，将机箱内的热空气通过后面一个风扇吸入流经电源内部再经过前面一个风扇，排出机箱外。

　　优点：电源内部散热性能良好，提高电源转换效率。

　　缺点：工作噪音较大，电源体积较其它散热结构电源要大一些。

　　四，下吸后吹式散热


　　

　　其实这种散热方式是下吸前排式散热方式的改良，但相对效果就会优秀很多。

　　五，直吹式散热技术，此为世纪之星专利技术。


　　

　　直吹式散热由对电源抽风变成了向电源内部吹风。

　　优点：散热快，噪音小。

　　六，热管+风冷式双重散热---超频三热管超频电源的看家绝活


　　

　　热导管利用导管内汞质的循环蒸发制冷，在热管两端温度形成极大温差，从而使热量快速传导至金属鳍片上，继而散发至电源外部。

　　所谓热管+风冷双重散热是指在前述的各种风冷散热基础上通过热管与电源内部的二次侧散热片连接，将二次侧整流管整流产生的热量传递到与之相连的金属鳍片金属鳍片靠近电源的散热孔处。在风冷的作用下将热空气快速地排至电源外部。达到了2重散热的效果。

　　优点：散热快，噪音小。

　　缺点：成本高，适合于高端电源。

　　七：超频三后斜吹结构电源诞生



　　

　　超频三历来自我宣称追求极致，在2010年8月推出了超频三专利的后斜吹结构。具超频三技术人员解释，该结构均衡利用了机箱的风道气流，创造性的将电源散热风扇改变为后斜吹方式，形成直流，散热范围完全覆盖电源内部各个高发热部件，同时避免了热量堆积在PCB]面板的情况产生。（主流大风车风扇散热方式存在该弊端）另外，内置热导管配合低转速的静音风扇，理想状态下能使电源整体降低20度，极大提高了电源输出的稳定性，大大延长了电源的使用寿命，同时电源的噪音减少2倍以上，真正达到极致的静音效果。

　　那么除了风扇散热方式不同以外，其他还有哪些影响电源散热的因素呢

　　影响电源散热的其他因素有：电源转换效率，电路板布局，散热片材质等。

　　电源转换效率是指电源的输入功率与输出功率的比值。若一个电源的转换效率只有70%，其余的就有时30%被转换成热量。若提高到80%后就少了10%的热量。看起来不怎样。实际效果却会导致温度下降5-10度的。而电源的工作环境如果提高10度，寿命就会减少一半。所以说提高电源的转换效率就无形中延长了电源的寿命

　　1、电路板布局。电路板是所有电子零件的载体。电子元件按照一定的顺序排列在电路板上。如果电路板布局设计不合理，留有散热死角

　　2、一个电源的转换效率由变压器的功率容量，功率管的参数和散热条件共同决定，并且由其中最低的一个决定。若变压器和功率管留有的余量都很大，这时若散热条件不好就会降低电源的转换效率。

　　3，散热片的材质。也许有人会质疑，不就是一块散热片吗。只要能将热量传导出来就行了。其实不然，打开电源，你会看到很多种不同颜色，不同形状的散热片。不同材质，做成不同形状的散热片对电源的散热会起到不同的效果。

　　散热片的材料按传导性来分：银>铜>金>铝>铁>铝合金。

　　一般说来，普通风冷散热器自然要选择金属作为散热器的材料。对所选用的材料，希望其同时具有高比热和高热传导系数，从上可以看出，银和铜是最好的导热材料，其次是金和铝。但是金、银太过昂贵，所以，目前散热片主要由铝和铜制成。相比较而言，铜和铝二者同时各有其优缺点：铜的导热性好，但价格较贵，加工难度较高，重量过大，且铜制散热器热容量较小，而且容易氧化。纯铝太软，不能直接使用，都是使用的铝合金才能提供足够的硬度，铝合金的优点是价格低廉，重量轻，但导热性比铜差很多。所以在散热器的发展史上也出现了以下几种材质的产品：

　　纯铝散热器

　　纯铝散热器是早期最为常见的散热器，其制造工艺简单，成本低，到目前为止，纯铝散热器仍然占据着相当一部分市场。为增加其鳍片的散热面积，纯铝散热器最常用的加工手段是铝挤压技术，而评价一款纯铝散热器的主要指标是散热器底座的厚度和Pin-Fin比。

　　Pin是指散热片的鳍片的高度，Fin是指相邻的两枚鳍片之间的距离。Pin-Fin比是用Pin的高度不含底座厚度除以FinPin-Fin 比越大意味着散热器的有效散热面积越大，代表铝挤压技术越先进。

　　纯铜散热器

　　铜的热传导系数是铝的1.69倍，所以在其他条件相同的前提下，纯铜散热器能够更快地将热量从热源中带走。不过铜的质地是个问题，很多标榜“纯铜散热器”其实并非是真正的100%的铜。在铜的列表中，含铜量超过99%的被称为无酸素铜，下一个档次的铜为含铜量为85%以下的丹铜。目前市场上大多数的纯铜散热器的含铜量都在介于两者之间。而一些劣质纯铜散热器的含铜量甚至连85%都不到，虽然成本很低，但其热传导能力大大降低，影响了散热性。此外，铜也有明显的缺点，成本高，加工难，散热器质量太大都阻碍了全铜散热片的应用。红铜的硬度不如铝合金AL6063，某些机械加工如剖沟等性能不如铝;铜的熔点比铝高很多，不利于挤压成形等等问题。

　　铜铝结合技术

　　在考虑了铜和铝这两种材质各自的缺点后，目前市场部分高端散热器往往采用铜铝结合制造工艺，这些散热片通常都采用铜金属底座，而散热鳍片则采用铝合金，当然，除了铜底，也有散热片使用铜柱等方法，也是相同的原理。凭借较高的导热系数，铜制底面可以快速吸收CPU释放的热量;铝制鳍片可以借助复杂的工艺手段制成最有利于散热的形状，并提供较大的储热空间并快速释放，这在各方面找到了的一个均衡点。

　　电源内有哪些高发热元件？温度上限有何要求？

　　电源在研发阶段，样品制作完毕后都要进行温升试验，在指定环境温度下（一般为45℃±5℃，电源内部各个元器件的工作温度都不能超过某一温度点，否则是不能进行批量生产的。

　　但这些元件一般不是一概而论，一般因条件限制点温升时只选择几个关键元件，比如大电容，一次侧散热片，PFC电感，开关管，变压器，二次侧散热片，整流管，储能滤波线圈，滤波电容等。一般要求大电容极限温度为85℃，电感类为130℃，开关管、整流管为135，滤波电容105℃。但实际的管控标准要比这严，要留有余量，比如开关管温度一般不允许超过105℃，大线圈不允许超过110℃，否则极容易因恶劣的外界环境导致器件损坏，电源失效。

　　总结：解决散热归根结底要从源头下手，也就是电源本身所做的无用功少，发热小。那只有从提高效率入手，这也符合当前倡导节能环保的大趋势。现在市场上己有转换效率达到90%的电源出售，但价太高，平民消费不起。随着电源技术的发展，相信低碳环保电源逐渐会得到普及。