A hűtőventilátorok elengedhetetlen kellékei azon tápegységeknek, amelyeket a túlmelegedés megakadályozása érdekében kényszerhűtéssel kell ellátni.
A túlmelegedés ugyanis csökkentheti az egyébként tökéletesen működő berendezés élettartamát. A hőmérséklet emelkedésével a tápegység nagyobb terhelésnek van kitéve, így még több hőt termel, ami azt eredményezheti, hogy hőmérséklete túllépi a megengedett maximális értéket. Itt jönnek a képbe a hűtőventilátorok. Feladatuk, hogy eloszlassák a hőt, biztosítva a tápegység biztonságos hőmérséklet-tartományon belüli üzemelését. A túlmelegedés hatékony megakadályozása révén a hűtőventilátorok meghosszabbítják a tápegység élettartamát és gondoskodnak biztonságos működéséről.
Cikkünk további részében részletesen olvashat a tápegységek hűtéséről, a hűtőventilátorok működéséről, és felfedezheti az üresjárati energiafogyasztás minimalizálására és a hatékonyság maximalizálására tervezett, kiemelt termékeinek funkcióit.
Hogyan működik a tápegységek hűtése?
A tápegységek működés és az elektromos áram átalakítása közben hőt termelnek. A túlzott hőtermelés csökkentheti a tápegység teljesítményét és élettartamát. Ezért alkalmaznak hűtőventilátorokat, amelyek eloszlatják a hőt és gondoskodnak arról, hogy a tápegység a megengedett hőmérséklet-tartományon belül üzemeljen.
Számos tápegységet gyártanak beépített hűtőventilátorral, míg más modelleket úgy terveznek, hogy kényszerhűtéssel vagy keringetéses hűtéssel fogják ellátni azokat. Keringetéses hűtés során a szabad levegő, kényszerhűtés esetén pedig ventilátor csökkenti a tápegység hőmérsékletét. A két módszer közötti fő különbséget a meghatározott hatékonyság eléréséhez alkalmazott teljesítménysűrűség jelenti. Általában a keringetéses technikával hűtött berendezések alacsonyabb teljesítménysűrűséggel rendelkeznek, mint a nagyobb teret igénylő kényszerhűtéses berendezések. A tápegység adatlapján szerepel, hogy keringetéses hűtéssel, kényszerhűtéssel vagy esetleg mindkettővel üzemel.
Légáramlás
Légáramlás alatt a tápegységen áthaladó levegő mozgását értjük. A levegő beszívása és kifúvása elősegíti a hűtést, és fenntartja a tápegység belső alkotóelmeinek optimális hőmérsékletét. Fontos, hogy pontosan kiszámoljuk és szabályozzuk a légáramlást. Ehhez nyújtanak segítséget az XP Power által a tápegységekhez gyártott hűtőventilátorok használatához adott tippek és tanácsok, amelyekről az alábbiakban olvashat.
A légáramlás kiszámolása
A berendezés üzemi hőmérsékletétől, illetve attól függően, hogy a tápegység hűtéséhez szükséges-e külső ventilátor, két módszerrel számíthatjuk ki a légáramlást.
A légáramlás meghatározásához elsőként meg kell mérnünk a maximális üzemi hőmérsékletet. Maga a tápegység rendelkezik egy maximális, általában 50 °C körüli üzem hőmérséklettel, amelyet a biztonsági jóváhagyási eljárás során vagy a komponensek élettartamának növelésére irányú igény alapján határoztak meg. Általános megfigyelés, hogy az elektrolitkondenzátor burkolatára jellemző hőmérséklet minden 10 °C-os csökkenése megduplázza a tápegység élettartamát.
Ezt követően meg kell határoznunk a teljesítményveszteséget. A terhelés alatti teljesítményfelvétel és a tápegység teljesítményvesztesége (hővesztesége) adja a házon belüli teljes teljesítményveszteséget. Az XP Power által megadott példa alapján számolva, ha feltételezzük, hogy a tápegység hatékonysága 80%, és az elektromos készülék teljesítményfelvétele 260 W, a teljes hőveszteség 260 W/0,8, vagyis 325 W. Ezen érték kiszámításához érdemes egy általános képletet alkalmaznunk (lásd az 1. ábrát).
A légáramlás szabályozása
A légáramlás szabályozása már nem annyira egyszerű, mint a kiszámolása, ezért a fenti kalkuláció elvégzése segítséget nyújthat a ventilátor légáramlásának megfelelő meghatározásához. Ugyanakkor a ház is természetes ellenállást képez a légáramlással szemben, ez az úgynevezett nyomásveszteség.
A nyomásveszteség tulajdonképpen a rendszeren vagy készüléken áthaladó levegő légnyomásának csökkenése. Ez a légnyomáscsökkenés abból adódik, hogy a levegő ellenállásba ütközik, miközben áthalad a NYÁK-on, szűrőkön, szellőzőnyílásokon és csővezetékeken. A nyomásveszteség mértéke a NYÁK vagy a szellőzőnyílás méretétől, valamint a levegő áthaladási területétől függően változó.
A nyomásveszteség kihatással lehet a légátvezető rendszer általános hatékonyságára és teljesítményére, ezért fontos, hogy pontosan határozzuk meg a légáramlást. Az egyes alkalmazások esetén azonban túl bonyolulttá válhat a tényleges nyomásveszteség meghatározása, ezért minden gyártó közzétesz a ventilátoraihoz egy grafikont, amelyről leolvasható a különböző nyomásveszteségekhez tartozó légáramlásérték.
A nyomásveszteség kiszámolásával kapcsolatos további útmutatásért olvassa el az XP Power blogját.
Kényszerhűtéssel ellátott tápegységek légáramlása
A kényszerhűtéssel ellátott tápegységek pontos és megbízható működéséhez elengedhetetlen az áthaladó légmennyiség meghatározása. A kiválasztott ventilátornak a szükségesnél jelentősen nagyobb légáramlást kell biztosítania, ha nem helyezhető közvetlenül a tápegységhez, illetve ha nem vezethető át a tápegységen a teljes légáramlat.
A ventilátor teljesítményét különböző mértékegységekben adhatják meg, például lineáris láb/percben (LFM), köbláb/percben (CFM) vagy köbméter/órában (m3/h). E mértékegységek átváltásához tisztában kell lennünk a ventilátor szellőztető rendszerének keresztmetszetével. Kényszerhűtéssel ellátott tápegységek esetén a szükséges légáramlást sebesség alapon (például LFM) vagy volumen alapon (CFM) adhatják meg.
A tápegység élettartama
Bár a tervezők számos különféle tényező figyelembevételével gondoskodnak a termék megfelelő élettartamáról, a gyártók nem feltétlenül számolnak minden konkrét jellemzővel, például az alkalmazási területtel, a környezettel, az alkalmazott terheléssel, a tájolással, a rendszer hűtésével/szellőztetésével és még sorolhatnánk. Ennek következtében a telepítés egyedi feltételeinek ismeretében érdemes újrakalkulálnunk a tápegységen belüli egyes alkotóelemek élettartamát.
Üzemi hőmérséklet
A tápegység élettartamát ki tudjuk következtetni az üzemi hőmérsékletből, ezért az adatlapok ma már kulcsfontosságú információkat tartalmaznak a berendezések tervezői számára, ide sorolhatók például az egyes alkotóelemekre vonatkozó konkrét maximális hőmérsékleti értékek. Ezek biztosítják, hogy a tápegységeket ne üzemeltessék szélsőségesen magas hőmérsékleten. Ha tájékozódunk az adatlapon például a kondenzátorok hőmérsékleti határértékei felől, meglehetős pontossággal meghatározhatjuk tápegységünk várható élettartamát (lásd a 2. ábrát).
Miután meghatároztuk a várható nyomásveszteséget és a szükséges légáramlást, a készülék általános hűtéséhez fontos, hogy úgy helyezzük el a ventilátort, hogy a légáram át tudjon haladni a hőt termelő alkotórészeken. Amíg ez a követelmény teljesül, a ventilátort a rendszeren belül bárhová elhelyezhetjük.
Miután kiválasztottuk a megfelelő ventilátort, ajánlott egy utolsó ellenőrzést végeznünk a végső konfigurációban szereplő alkotórészek hőmérsékletének megmérésével. Ha a mérés végeztével kiderül, hogy egy adott alkotórész hőmérséklete túllépheti az adatlapon feltüntetett értéket, az esetleges problémák elkerülése érdekében tanácsos újrakalkulálnunk a légáramlást és a ventilátor tájolását.
Szűrők
A tápegység kezelése során nem árt figyelmet fordítanunk a szűrőkre. A ventilátorral ellátott berendezésekben gyakran helyeznek el szűrőket, amelyek megakadályozzák a por és egyéb részecskék bejutását. A szűrőket azért kell figyelembe vennünk, mert növelik a légáramlattal szembeni ellenállást, így nyomásveszteséget okoznak. Előfordulhat, hogy az üzembe helyezéskor megfelelőnek ítélt ventilátor némi idő elteltével rossz választásnak bizonyul, mert amint a szűrőt szennyeződés tömíti el, drasztikusan megugorhat a nyomásveszteség. Ezért a porszűrőket rendszeres időközönként meg kell tisztítani vagy ki kell cserélni.
A zaj minimalizálása
A ventilátorok gyakran hallható zajt generálnak egy berendezésben, ami megnehezíti bizonyos helyzetekben való alkalmazásukat; ilyen például az orvosi környezet (ahol az ipari és ITE-beállításokon túl a GCS-sorozat termékeit használják), vagy a hangstúdiók, ahol ki kell zárni mindenféle zajforrást. Még zajos környezetben is általános igény az ilyen zavaró tényezők minimalizálása. Az XP Power több módszert is ajánl a zaj kiküszöbölésére:
- Ventilátor-csapágyak – A ventilátor keltette zaj mérséklése érdekében válasszunk jobb minőségű csapágyakat, például golyóscsapágyakat, amelyek megoldást kínálnak a kopási és rezgési problémákra, és halkabban üzemelnek a siklócsapágyaknál. Ráadásul a golyóscsapágyaknak az élettartamuk is hosszabb. Ugyanakkor az olajjal impregnált siklócsapágyas ventilátorok szintén képesek csökkenteni a zajt és javítani a teljesítményt.
- Lapát fordulatszáma – Azonos légmennyiség esetén a lapát alacsonyabb fordulatszáma miatt a nagyobb ventilátorok csendesebben üzemelnek a kisebbeknél. Érdemes figyelembe vennünk a ventilátorlapátok rögzített alkatrészek melletti elhaladása által keltett zajt; az ujjvédő és a ventilátorlapátok közötti távolság már egy csekély mértékű növelésével is mérsékelhetjük a zajt. Emellett a ventilátor tápfeszültségének csökkentésével is elérhetjük a kívánt eredményt, mivel a ventilátor fordulatszámát az egyenáramú tápfeszültség határozza meg, és az alacsonyabb fordulatszám kevesebb hallható zajt generál.
A hűtőventilátorok jelentősége tápegységek használatánál
Összegzésként kijelenthetjük, hogy a hűtőventilátorok a tápegységek elengedhetetlen tartozékai, mert szabályozzák a tápegység belső hőmérsékletét, óvják alkatrészeit a károsodástól, megelőzik a magas hőmérséklet miatti leállást, továbbá növelik a tápegység élettartamát és megbízhatóságát.
Ajánlott termékek
Kapcsolóüzemű tápegységek, XP Power
A GCS típusú kapcsolóüzemű tápegységeket arra tervezték, hogy a hatékonyság növelése mellett minimalizálják az üresjárati energiafogyasztást. A sorozat termékei a legújabb környezetvédelmi jogszabályok követelményeinek megfelelő, I. vagy II. osztályba sorolt, jóváhagyott készülékek. A sorozat egy kimenettel rendelkező, akár 94% hatékonyságú modelleket kínál, amelyek az IEC 60601-1 szabványnak való megfelelőség érdekében egy biztosítékot tartalmaznak, egyenáramú kimeneti feszültségük pedig 12 V-tól 56 V-ig terjed.
Cikkünk forrását eredetileg a https://www.xppower.com/resources/blog/hints-tips-cooling-fans-for-power-supplies oldalon tették közzé. Az eredeti anyagot az XP Power engedélyével dolgoztuk át, hogy megjelentessük szakértői cikkeket tartalmazó KnowHow oldalunkon.
Az XP Power a tápellátási megoldások vezető szállítója, beleértve az AC-DC tápegységeket, DC-DC átalakítókat, nagyfeszültségű tápegységeket és RF tápegységeket.
