关于户外直流开关电源中采用热交换方式的介绍

通常，Q_radiated的值总为正(朝向机箱)，但是其它两项既可为正，也可为负，取决于机箱的温度。因此，如果Q_balance不为0，则机箱内的温度可能高于或低于设定的温度，藉由对流和传导，机箱有可能失去或获得热量。

1.2 完全主动散热技术

一旦需要消除的发热功率计算出来之后，散热系统就必须与户外机箱相匹配。例如，如果机箱空气温度必须保持在最大环境(外部)温度以下，首选的方法就是安装空调装置。一般情况下，散热能力并不包括将空气冷却下来的能力，因为计算是针对稳态工作进行的。

这种系统不包括让所设计的系统从55℃或更高的初始温度冷却下来的能力。空调器的出口空气温度通常为15℃左右或更低，以达到散热需求。

与全被动散热系统相似，一旦需要消除的热量计算出来之后，散热系统必须与户外机箱相匹配。例如，如果机箱温度保持在最大环境温度之上，而负荷也不是太大，就可以采用空气-空气热交换器。热交换器适合于密闭的电子设备隔间，其执行和维护成本(以及电池后备服务)相当低。不同于空调器，热交换器消除散热的能力随散热空气和机箱空气值而变化。

1.3 被动散热技术

较小的机箱(里面能承受相对较高的温度)可藉由被动方式散热。包括基本的自然(自由)对流散热和使用一些物相改变的物质(PCM)进行散热。自然对流是藉由浮动的流体传递实现冷却，例如，暴露在阳光下的热箱壁被加热的较热流体上升与较冷的流体对流从而达到散热的目的。

当增加电源设备时，情况将变得更为复杂，但是仍然有办法藉由自然对流带走设备所产生的热量。不过，设计人员必须牢记总体目标是藉由自然对流将热量传递到外部，从而保持较低的内部温度。

PCM是指能够改变物相的物质，通常是在吸收散热时，从固态改变为液态。典型的PCM包括应用在高温场合下的蜡、盐和石蜡化合物，以及应用在低温场合下的水(冰)等。在机箱中，这些物质被保存在适当密封的盒子内，利用它们的热惯性和物相变化效应。

对于内部装有PCM的盒子，白天当太阳热被吸收时，它避免机箱空气的温度升高。在夜间，白天吸收的散热又将释放出来。在这一过程中，热量将继续藉由机箱壁在内部与外部之间传递。

1.4 电池隔间

用于备份的电池一般安放在与户外机箱相连(或它里面)的隔间内。这些隔间暴露在太阳热辐射之下，必须保持制造商所规定的适当温度。这些隔间必须考虑对电池在工作寿命期间可能释放出的气味进行适当的通风排放。有好几种涉及电池隔间的发热处理措施，包括空调器／致冷器、热电散热器和空气-空气热交换器。

如果电池隔间的空气温度必须保持在最大周围(外部)条件以下，首选的方法是安装空调装置。对于大多数系统，这是典型的做法，尤其是对那些用于安装在全天候条件下的系统。典型空调器的问题是它们的尺寸太大，成本较高，因为对于很小的隔间来说，它们的性能远大于实际所需。

1.5 热电散热器

由于大多数典型电池隔间的散热负荷并不大，因此使用热电散热器是可行的。这些系统利用可逆电磁热力学的珀耳帖效应(Peltier effect)进行散热。热电散热器虽然可靠，但是散热效果不够好，也不适合偏远的户外机箱。

对于完全被动散热系统，一旦需要消除的热损耗功率被计算出来，散热系统就必须与这个电池隔间相适应。如果电池隔间的空气温度不必保持在最大外部环境温度以下，而负载也不是太高，则空气-空气热交换器为首选系统。在许多情形下，因为散热负载并不是很大，可用直吹风扇来消除过剩的热量和电池隔间里积聚的湿气。风扇还可用于基于热惯性原理的隔间散热管理。

1.6 电池隔间的被动散热

电池隔间也可使用被动方式进行散热。这些方法包括基本自然(自由)对流以及前面所提及的PCM。PCM也可用于电池散热。这些物质被保存在隔间中恰当密封的盒子里，利用其热惯性和物相改变效应。例如，一个装有PCM物质的盒子将在白天吸收太阳散热，而且使其不会导致机箱中的空气变热。到了晚上，白天吸收的散热将被释放出来。在这一过程中，散热继续透过机箱壁进行传递。

无论选择主动式或被动式的散热方法，也无论它依照上面所提出的哪一种具体考虑，显然可以找到一种系统而直观的方法用来设计具有高效、安全的发热管理能力的机箱。藉由仔细考虑环境条件、制造商的设备说明书，以及上述的设计指导原则，我们的电源机箱选择热交换器方式－完全主动散热技术达到IP55的防护等级，而电池箱采用被动散热技术，双层钢板隔离，隔热、保温（北方地区加保温棉＋加热板）。

2 热交换器的原理

图1 热交换器示意图

热交换器主要是通过阻隔设备内部和外部之间散热片两边的温度