关于户外直流开关电源中采用热交换方式的介绍

户外直流开关电源使用环境和影响

作为网络覆盖的补充，边际网、户外拉远站等小型基站一般都放置在城乡比较偏远，缺乏机房条件的户外，为其配套的供电设备也放置在户外，处于恶劣的外部环境下，承受太阳照射、风吹雨淋，所处环境有如下不利因素：

1、温差变化大，昼夜、夏冬的温差范围从－45℃～+50℃，高温导致电子器件失效，温度每升高10度，电池寿命下降50％，低温使电池无法完全释放能量，放电时间大幅缩短；

2、电子器件尤其是大规模集成电路对于潮湿的敏感程度很高，防潮性能不好的户外型设备系统的安全性差和MTBF值大幅下降。

3、灰尘的积累将对降低系统的绝缘性能，特别是灰尘与潮湿及空气中有机物质一起形成的油污性灰尘危害更大。

4，盐雾具有极强的腐蚀性，对于电路器件、电路板造成短路、接触不良、金属腐蚀等危害，不利系统长期稳定运行。

5、 户外系统直接置于LPZ0区内，增加了直击雷击中的可能性，

6、农电、小水电、油机发电，停电频繁、电压波动范围大，电池处于频繁的充放电状态，有时放电时间长，充电时间短，电池容易失效，寿命。

温度和湿度是通讯电子设备失效的两个主要原因，通讯主设备一般都比较贵重，都有采用密闭、热交换散热等方式来解决，为保障通讯正常，供电必须是稳定、不间断的，供电设备简单分为两部分：1、电源主机；2、保障供电不间断的蓄电池，其中电池在供电设备投资中所占比例超过50％，对于户外使用的供电设备，同样承受着上面6种恶劣因素。需要具有电池智能管理功能的直流开关电源来有效管理电池，减缓外界环境条件对电池的影响。

如何解决雨水和潮湿、灰尘、异物、盐雾、雷击及电源浪涌对供电设备的危害？

要防止雨水和潮湿、灰尘、异物、盐雾的侵害，就应该将设备密闭，就是防护等级提高！

而设备遭受太阳的热辐射和本身发热的影响，密闭就要解决散热问题，两者之间相互关联，密不可分。

对于电子设备防范雨水和潮湿、灰尘、异物有标准《GB4208-1993/外壳防护等级的分类》，对于盐雾的防范有标准《GB2423.17/10587《电工电子产品环境试验 试验：盐雾试验方法》；因此对于在户外使用的电子设备要求外壳防护等级达到IP55，电池柜的外壳防护等级达到IP44；

防护等级的定义见下表：

防护等级定义

在解决了雨水和潮湿、灰尘、异物、盐雾侵害造成的危害，满足IP44、IP55外壳防护等级的电子设备如何解决温度问题？

目前主要通过三种方式来解决。1、通过安装空调的方式；2、通过安装风扇的方式来散热；3、通过热交换器的方式。

1、空调一方面污染环境，另一方面故障率较高，采购价格高，使用交流供电，不适合在户外使用；

2、采用风扇，要有进风口和出风口，风道必须要处理好，要通畅，无法满足IP44、IP55外壳防护等级的要求，在下雨等潮湿天气，容易将机柜外面的湿气和潮气带进设备，损害设备寿命。而且只能降温不能加温，在寒冷情况下设备需要加热时，风扇抽的是机柜外的冷风，所以加热加不起来。

3、热交换器广泛的应用于户外型的通讯设备中，尤其是户外的移动房舱、户外电源等领域，因为它可以使通讯设备完全同外界隔离，不受雨水、盐雾、飞虫、异物的侵扰。

1 户外电源机箱散热的设计

户外机箱通常用来安放各种设备，根据尺寸和类型的不同，这些设备的热耗从500W到10KW不等，当机箱安装在不同的环境条件下，应根据需要安装空调或空气-空气热交换器。

户外机箱散热的设计目标是使机箱内的峰值温度保持在一个确定的水平之下，这一水平通常是由电子设备制造商设定的。湿度水平同样也需予以关注，但是由于大部份机箱是密闭的，而且温度比设备外环境空气的温度高很多。机箱内的空气温度将是电子和散热设备所产生热量的函数。影响机箱的其它环境条件还包括：温度、太阳辐射、风速、机箱周围的物体(遮蔽、地表反射、建筑物和树木)、机箱设计(表面面积、外形、油漆)以及空气渗透。

通常电池后备单元放置在机箱的独立隔间内。电池隔间必须通风，以消除有害的气味。机箱的设计必须确保电池温度均匀分布，电池必须尽可能处于25℃。电池不是主动散热的。

1.1 负荷计算

现在以一个典型的机箱进行散热管理系统的设计。

第一步：待求解温度是热平衡实现时机箱内的空气温度，用下式来表示：

Q_balance=0=Q_equipment+Q_{solar_load}+Q_{cooling_system}

这里Q_equipment为电子设备的热损耗，Qsolar_load是太阳热辐射产生的热量，Q_{cooling-system}为散热系统消除的热量。太阳热辐射比较复杂，它包括了各种模式或热传递所产生的影响，由下式表示：

Q_{solar_load}=Q_radiated+Q_convected+ Q_conducted