切換式電源供應器採用傳導與對流的混合式散熱

電子應用會發熱，熱量過多時會降低效率、縮短元件的使用壽命，甚至導致熱故障。許多應用偏好採用風扇式的電源供應器，但就不適用於講究效率、靜音和可靠性能的應用。

有多種散熱方法可用來維持最佳工作溫度，各有其優缺點。傳統電源供應器需仰賴強制空冷 (使用風扇主動讓空氣流過發熱元件) 或被動對流散熱 (依靠散熱器和氣流來散熱)。其他選項包括傳導散熱和液冷。

TRACO Power 針對工業、醫療和電信應用提供一系列無風扇電源解決方案。該公司的 TCI 系列可促成增強型熱管理，可減少與熱相關的能量損耗，並提高系統可靠性，以達到連續運作。更提供採用適當底板的傳導散熱電源解決方案，並可選擇使用對流散熱或強制空冷，因此在眾多應用中具有高度靈活性。

依選項分類

每種散熱方法都要在效率、尺寸、成本和可靠性方面進行權衡。在設計電子產品的散熱系統時，產品設計人員有以下考量：

• 功率耗散要求
• 空間限制
• 可靠性需求
• 成本和複雜性

選擇合適的散熱策略，設計人員就可提升各種電子應用的效率、可靠性和效能。以下是開發應用時應納入考量的典型散熱方法：

• 對流：對流散熱靠的是暖空氣上升後由較冷空氣所取代的自然運動達成，如此就可在沒有任何主動元件下進行散熱。此方法成本低且可靠，但效果有限，尤其是在氣流受限的封閉空間中。被動對流散熱提供高可靠性，但不適用於會大量發熱的大功率應用。
• 強制空氣：強制空冷會使用風扇以主動方式讓空氣穿過發熱元件，藉此改善散熱。此方法常用於工業電源供應器、運算系統和大功率電子產品。風扇會消耗電力並引起噪音和潛在故障點，但可有效避免過熱和溫控調頻，以便在苛刻環境中維持系統穩定性。
• 散熱器：散熱器利用熱傳導將熱量從元件傳遞到更大的表面積，以便熱量散發到周圍的空氣中。大多數散熱器採用鰭片設計，讓表面積最大化，利用自然或強制對流方式提升散熱效果。薄型散熱器專用於緊湊型應用，但若需要大功率耗散，通常需要更大的散熱器。
• 冷板：冷板使用厚金屬底板將熱量從元件傳導出去，並分散到更大的區域。
• 液體冷卻：液冷的運作仰賴封閉迴路系統，其中的冷卻劑會吸收元件的熱量再將其輸送到散熱器或熱交換器進行散熱。這種方法通常用於大功率應用，例如航太、汽車和高效能運算，因為這些應用單純靠風扇和散熱器不足以散熱。但是，液冷需要額外的工程設計，也會增加複雜性和維護需求。
• 導熱化合物：導熱膏或導熱脂等導熱化合物可降低電子元件和散熱表面之間的熱阻，但不會自行散熱。這些化合物可將微小的氣隙填滿，進而提高熱傳遞效率，確保散熱器、冷板或均熱板能有效運作。有些導熱化合物還提供黏膠型式，因此無需機械緊固件即可連接散熱解決方案。

TRACO Power 的混合式設計

TRACO Power 的 TCI 系列切換式電源供應器採用混合式機殼設計，可同時支援對流和傳導散熱 (圖 1)，因此可在不同的熱管理策略上靈活運用。

圖 1：TRACO Power 的混合式機殼設計能讓設計人員享有傳導和對流散熱選項。(圖片來源：TRACO Power)

針對傳導散熱，金屬機殼可確保將熱量有效傳遞到連接的底板、散熱器或底盤，進而達到被動散熱。對於密封式外殼來說這或許是首選作法，因為在此使用風扇提供強制氣流並不實際甚至不可能。

封裝的內部元件在導熱上彼此連接，因此可達到最佳化均熱，並可達到自然對流，帶走多餘的熱量。若露天安裝，混合式設計在許多情況下仍可達到被動散熱，無需額外的散熱器。

TCI 系列兼具傳導和對流機殼類型的最佳特性，因此可提供優異的散熱能力。在傳統電源供應器設計的相同外型尺寸下，無需風扇就可達到更高的功率水準。根據 TRACO Power 的資料，在傳導散熱配置下，TCI 系列可提供高達 100% 的額定最大輸出功率，因此是無風扇應用配置的理想選擇。

TCI 系列的混合式設計採用適當的底板提供最佳化熱傳遞，並透過特殊的灌封化合物，讓個別元件達到有效的導熱連接。先進的化合物能讓個別元件以峰值效率運作，這在傳統設計的電源系統中難以實現。

TCI 系列專為功率要求介於 130 W 至 500 W 的傳導散熱解決方案而設計，因此特別適用於無風扇應用。透過合適的底板，就能以高達 100% 的額定功率安全運作。

130 W 的 TCI 130-124-J (圖 2) 是一款傳導散熱式 AC/DC 封裝電源供應器，專門提供優異且一致的降溫操作，同時可發揮最高效率。此裝置具有令人驚艷的 92% 效率，工作溫度範圍為 -30°C 至 +50°C (無降額)，在負載降額或強制散熱下的工作溫度可高達 +80°C。存放溫度範圍介於 -30°C 至 +80°C，尺寸為 80 mm x 59.7 mm x 43.2 mm (3.15" x 2.35" x 1.7")。

圖 2：TRACO Power 的 TCI 130-124-J 是 130 W 的傳導散熱式 AC/DC 裝置。(圖片來源：TRACO Power)

240 W 的 TCI 240-112-J (圖 2) 具有與 130 W 裝置相同的工作和存放溫度範圍。其尺寸為 104 mm x 62.5 mm x 39.2 mm (4.1" x 2.46" x 1.54")。TCI 130 和 TCI 240 系列均標配金屬外殼封裝，若安裝在金屬底盤或底板上，無需風扇就可提供 100% 輸出。

圖 3：TRACO Power 的 TCI 240-112-J 若安裝在金屬底盤或底板上，無需風扇即可提供 100% 的輸出。(圖片來源：TRACO Power)

U 通道封裝的 TCI 500U-124U-T (圖 3) 無需風扇即可提供高達 90% 的最大輸出功率。其工作溫度範圍與 TCI 130 和 TCI 240 系列相同，存放溫度介於 -30°C 至 +85°C。尺寸為 130 mm x 83 mm x 40 mm (長 5.12" x 寬 3.27" x 1.57")。還具有遠端開／關控制功能，可整合到自動電源管理系統中，並具有遠端感測輸入功能，可針對長電纜的壓降進行補償。

圖 4：TCI 500-124U-T 的輸出電壓為 24 VDC，效率為 91%。(圖片來源：TRACO Power)

TCI 系列具有一致的散熱和電氣特性，有助於達到順利的跨產品整合和擴充性，能讓產品設計人員從較低功率的設計開始，然後依據需求進階到更大功率的設計。全部三種額定功率均符合嚴格的電磁相容性 (EMC) 和隔離標準，適用於受管制的產業。

結論

無風扇的傳導散熱切換式電源供應器可確保在工業、醫療和電信應用中達到靜音運作、更高的可靠性和增強的熱管理。TRACO Power 在 TCI 系列中提供三種額定功率，可提供功率擴充性、緊湊的外形尺寸和寬廣的工作溫度範圍。這些電源供應器可順利整合到空間受限的密封外殼中，能針對嚴峻環境中的電源管理提供高效率和散熱。