了解 DIN 导轨电源的热降额和负载降额

电源装置（PSU）是现代电子产品中的无名英雄，它悄无声息地将市电电压转换为稳定、可用的电源。在工业控制面板和自动化系统中，DIN 导轨安装式电源是可靠、高效供电的首选解决方案。与任何电子元件和设备一样，PSU 也不是在真空中工作的。环境因素，尤其是环境温度，会影响 PSU 的性能。

热降额是工业和自动化应用电源设计中的常见支持主题。本博客将介绍热降额的基本原理，包括环境温度、负载降额、对流冷却与强制空气冷却，以及 PSU 中 PCB 布局的重要性。

让我们从基础知识开始。环境温度 “是指设备周围空气的温度。对于安装在电气柜内的 DIN 导轨电源而言，它指的是电气柜内的温度，而不是 PSU 外壳或外部房间的温度。这是一个至关重要的区别，因为 PSU 的散热能力取决于其元件与周围空气之间的温差。如果环境温度较高，PSU 就无法有效散热，从而导致热应力。

术语“热降额 “是指随着环境温度的升高而降低电源的最大输出功率。这是一种防止过热的保护措施。每个 PSU 都有一个可以安全运行的热封套。例如，一个设备可能在 50°C 以下提供 100% 的额定输出。超过这一温度后，可能需要降额，在 70°C 时降到 50%。忽视热降额可能导致过热、寿命缩短、热关机，甚至发生灾难性故障。

负载降额是一个更宽泛的术语，包括热降额，但也可能涉及因其他因素导致的输出功率降低，包括以下因素：

• 海拔高度（空气少 = 冷却少）
• 通风不良
• 输入电压（例如，如果输入电压下降，某些 PSU 的输出电流会降低）

从本质上讲，热降额是一种专门由温度升高引发的负载降额。

冷却电子元件主要有两种方法：

• 对流冷却：依靠自然气流。这种冷却方式安静、简单，不涉及移动部件。
• 强制空气冷却：利用风扇将空气推向或拉向元件。这种冷却方式能更有效地去除热量，但也有缺点。

风扇会产生噪音。如果没有合适的过滤器（过滤器本身也需要清洗或维护），风扇往往会将灰尘吸入或吹入系统。这些灰尘会沉积在组件上，使其绝缘，从而降低冷却效率，并可能造成长期损坏。虽然风扇可以安装在整个机箱中，但 DIN 导轨式 PSU 应避免使用内部风扇，因为这样可以简化安装、降低成本并提高可靠性。

烟囱效应，又称烟囱效应，是指空气运动受两个垂直区域（通常是烟囱、建筑物或电子外壳内）之间的温差驱动的一种现象。原理如下。由于暖空气的密度小于冷空气，因此暖空气会自然上升。当暖空气从外壳（或烟囱）顶部排出时，会在底部形成一个低压区。这种低气压会从下方吸入冷空气，形成持续向上的气流。

在 PSU 中，烟囱效应可用于被动冷却。功率晶体管和变压器等发热元件会使 PSU 内部的空气升温并上升。顶部的通风口可以排出热空气，而底部的通风口则可以吸入较冷的空气，从而保持设备内的自然对流气流。基于烟囱效应的被动冷却减少了对风扇等可能随时间推移而失效的有源元件的依赖，从而提高了可维护性和可靠性。烟囱效应可在不使用风扇的情况下带走过多热量，从而降低能耗和噪音。

印刷电路板（PCB）布局对电源装置（PSU）如何有效管理热量有重大影响。强大的散热设计包括：

• 战略性地放置热组件。
• 宽铜浇注用于散热。
• 发热部件之间要有足够的间距。
• 周到的组件高度和方向，以促进烟囱效应并促进气流。

这些选择共同改善了被动冷却，并延长了组件的使用寿命。

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