电源制作中与电无关的冷技术

李倩 发表于 2018-06-19 14:54:06 收藏 已收藏
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电源制作中与电无关的冷技术

李倩 发表于 2018-06-19 14:54:06

如题:我只讲电源制作中与电无关的冷技术。因为我对电源来说,完全是个门外汉。知道电源圈子里有很多奇花异草,却因学识有限,只能门外看看出墙的花草。在摸索中,有一些自己的小方法,在这里班门弄斧的给各位看看。下面略略说起,文字不通处,请见谅。我只有初中文化。

前天跟群里的朋友聊起来变压器的温度。有朋友说温度烫手,但不知道是多少度。于是我就把我日常用来测温度的方法说了一些,居然也有好几种。弄个帖子总结一下,也算是经验分享。测变压器的温度,书里边讲的是热测量法,根据铜线在不同温度下的阻值会变化,而迅速的测量线圈的电阻,因此来计算出线圈的温度。这个理论上没问题。实际上各家的铜线,纯度不同,温度曲线和阻值也不完全一样。因此,各种误差综合起来,大约能有10--20摄氏度的差值。虽然查表可以算。但也只是大概的算,另外还得用电桥,迅速的在断电后马上测量线圈热态电阻,以免温度下降影响测量结果。话说回来,买的起1000块的电桥,也就不在乎几十块买个红外测温仪了。

图片是网络截图,根据图示,可以看到阻值和温度的关系几乎是线性的。我自己也做过类似实验,但终因散热太快,而导致测温不准确。虽然图中测试的是热敏电阻。但也说明了电桥测量温度的可行性。同理可以用于铜线上的测温。

接着说红外测温仪,淘宝上便宜的几十块,贵的几百块。优点是测温精确,缺点也是明显的:只能单点测温。而且是在一定距离上,激光点才会和测温的点准确重合。对于大目标的测温,这个很好用。比如测量锡炉的温度,烤箱的温度。对于小零件的测温,就经常不能很准确的对准目标。总要晃来晃去的找到一个最高温度,才能确定发热最厉害的是某一片地方。比较费时间,但毕竟是便宜。

图片来源于网络。图片中广告请忽略。如图,通常上面的是激光线,下面的红色线代表测温区域的指向。通常会在20--100厘米范围内保持比较好的一致性。再远或者更近,则会有激光点和被测点不能重合的问题。

然而,便宜的测温方法并不精确显示出温度最高的是哪个零件。有没有便宜又精确的方法呢?在90年代我看电子报的时候,就已经用松香粉末均匀撒在零件上,来测量零件温度是否过高,或者异常温升。松香理论熔点是110摄氏度,粉末状态温度会更低一些就能看到松香的变化了。因此,只要发现哪撒的松香粉末开始熔化,就说明这块地方有问题。检修也就有个方向了。早年间修功放经常用这方法。很有效。有些功放静态电流很大。如果异常发热,那在工作的时候会随时烧坏的。那个年代还没有见过红外温度计。最多是热电偶。

图片来源于网络。一锅红烧松香,温度在70--80度就开始软化。180--190度开始汽化。

图片来源于网络。当然不是我的烙铁。也不是我的手。冒烟的是焊锡丝里的松香以及部分助焊剂。大多数是松香。

随着时代的进步,科技发展起来了。现在有比松香粉末更清洁,更简单的测试方法。关键是最便宜。5块钱的材料能用一整年。绝招祭出:热敏打印纸。这种普通贴纸一样的白色小标签,通常用来超市里打印小票。原理是用瞬间的高温光点照射纸面,当局部温度超过65摄氏度就开始变色了,80摄氏度开始变深灰色,100摄氏度接近纯黑。一张贴纸剪几个小片,分别贴在MOS表面,变压器线包,磁芯,散热片,PCB上。经过十几分钟到半小时的老化,各零件温度稳定后,就可以大概知道所有贴纸的地方温度有多少度了。成本才一次一分钱都不到。

一卷3--5块钱,几百张,够用很久了。我没事的时候就用打火机烧个黑色火焰的图形玩。

热敏打印纸的方法很直接。但速度慢。我常用来测量稳定电源的某些零件表面温度。需要电源工作到热平衡以后,才知道哪最热。哪需要继续优化。于是我还有更简单的方法。及时,快速。一样的便宜,好用。酒精!装在针管里,在热机以后对着变压器线包上滴一滴,如果马上冒泡蒸发,那就说明温度超过80度了。酒精的汽化温度是78度,同样的可以知道所有零件有没有超过80度的地方。直接,高效。但只能一小滴。同一个地方短时间滴两三次来测量,就等于给零件降温了。测不出真实温度了。用酒精,无损,环保,无残留。

就像这样,瞬间被汽化的情况,表明温度远超过80度。这么震撼的场景不是我制造的。

于是,我花了2600大洋买了个最便宜的热成像。这下,所有的关于温度的问题都不是问题了。随时测量。哪怕开机就能测出来启动电阻上的温度。即使电阻只有0.1摄氏度的变化,但也能跟旁边PCB板的温度有明显的差异。这点在热成像上是很好用的。我用它来优化过RCD的吸收,启动电阻的取值,以及其他的各种发热上的问题。但热成像也并非神兵利器。对于光面的铝制散热片,它测得的结果是镜面反色的物体的温度,而不是散热片本体的温度。只有黑色散热片可以准确测量。所以我会用记号笔在需要测量的物品上都标记上一个黄豆大的点,这样可以得到几乎准确无误的结果。同理,我也用来看变压器的线包热,还是磁芯热。以此来优化自己的变压器。

热成像的原理其实是用了虚拟和真实相结合的方式.目前的民用级别热成像都是用两个镜头,一个是红外镜头,用来感知一个区域内的红外辐射的强弱.另一个是普通光学镜头,用来感知同区域内的真实光学影像.这俩画面通过软件结合以后,我们就能看到真实物体上的红外辐射强度图.再通过软件的计算,得出不同区域的温度,在屏幕上显示出来.

热成像贵,原因在于内部相当于多个普通单点红外测温仪的组合体.例如单点的测温仪售价在50元左右.一个分辨率是240*240的红外热成像就相当于集成了57600个单点的红外测温仪同时工作,因为集成度高,我们不用真的花几万只测温仪的价钱.国内只要两三千就可以了.军用级别的,例如导弹上,需要在几十千米之外发现一个红外热源,那种分辨率简直是恐怖.所以一枚导弹的价格通常堪比豪车.

之所以我会对温度很关心,因为最近做了几款无风扇自散热的电源,期间的各种问题引起了我对温度的严格要求.当我认真从理论计算并严格制作出一个符合理论电感量的变压器的时候,在老化的时候出现了问题,本来设计全程都是工作在DCM模式的反激,结果却在70%多负载的时候看波形已经到了满载状态.以为自己计算出问题了.反复用不同的方法算了好几次,结果都是正常的.于是把目光转向了老化后的状态:50%功率老化的时候,经过30分钟基本达到热平衡,这时候测量变压器温度是在75度附近.到了波形看起来满载的时候,变压器温度是85度左右.于是发现-----温度的上升让变压器的感量变大了.查磁芯的温度曲线也印证了这一点.可以说,我是买到垃圾磁芯了.从另一面说,即使正品磁芯,也会有温度影响感量的问题,但不会这么明显.为了验证我的想法,从网上买来印字的"原装"磁芯.经过几次实验,证实了正品磁芯的电感量受温度变化的影响很小.25--100度,电感量变化不到5%.而普通磁芯则在10%甚至更大.所以,在做实际产品的时候,功率设计出10%的余量是有道理的.可以在满载\极限状态下,也能满负荷工作.

除了温度带来的电感量变大的问题,还有MOS管的电流问题.几乎所有的MOS管的规格书都给出了两个电流值,一个是25度的,一个是100度的,有的给的是25和75度的电流值.例如一个10A的MOS,在25度时候是10A,在100度的时候就只能流过6A的安全电流了.我们选择零件的时候也有必要考虑一下电源在极限温度状态下,是否所有的零件都能有足够的余量.不单单是变压器和MOS.我们常用的431和电阻二极管三极管也都有温飘问题.如何精确的检测电路,并用负温度系数的电路去纠正温度造成的偏差,这是我目前面临的问题.但也在逐步解决.

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