電源制作中與電無關(guān)的冷技術(shù)

如題：我只講電源制作中與電無關(guān)的冷技術(shù)。因?yàn)槲覍﹄娫磥碚f，完全是個門外漢。知道電源圈子里有很多奇花異草，卻因?qū)W識有限，只能門外看看出墻的花草。在摸索中，有一些自己的小方法，在這里班門弄斧的給各位看看。下面略略說起，文字不通處，請見諒。我只有初中文化。

前天跟群里的朋友聊起來變壓器的溫度。有朋友說溫度燙手，但不知道是多少度。于是我就把我日常用來測溫度的方法說了一些，居然也有好幾種。弄個帖子總結(jié)一下，也算是經(jīng)驗(yàn)分享。測變壓器的溫度，書里邊講的是熱測量法，根據(jù)銅線在不同溫度下的阻值會變化，而迅速的測量線圈的電阻，因此來計算出線圈的溫度。這個理論上沒問題。實(shí)際上各家的銅線，純度不同，溫度曲線和阻值也不完全一樣。因此，各種誤差綜合起來，大約能有10--20攝氏度的差值。雖然查表可以算。但也只是大概的算，另外還得用電橋，迅速的在斷電后馬上測量線圈熱態(tài)電阻，以免溫度下降影響測量結(jié)果。話說回來，買的起1000塊的電橋，也就不在乎幾十塊買個紅外測溫儀了。

圖片是網(wǎng)絡(luò)截圖，根據(jù)圖示，可以看到阻值和溫度的關(guān)系幾乎是線性的。我自己也做過類似實(shí)驗(yàn)，但終因散熱太快，而導(dǎo)致測溫不準(zhǔn)確。雖然圖中測試的是熱敏電阻。但也說明了電橋測量溫度的可行性。同理可以用于銅線上的測溫。

接著說紅外測溫儀，淘寶上便宜的幾十塊，貴的幾百塊。優(yōu)點(diǎn)是測溫精確，缺點(diǎn)也是明顯的：只能單點(diǎn)測溫。而且是在一定距離上，激光點(diǎn)才會和測溫的點(diǎn)準(zhǔn)確重合。對于大目標(biāo)的測溫，這個很好用。比如測量錫爐的溫度，烤箱的溫度。對于小零件的測溫，就經(jīng)常不能很準(zhǔn)確的對準(zhǔn)目標(biāo)。總要晃來晃去的找到一個最高溫度，才能確定發(fā)熱最厲害的是某一片地方。比較費(fèi)時間，但畢竟是便宜。

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)。圖片中廣告請忽略。如圖，通常上面的是激光線，下面的紅色線代表測溫區(qū)域的指向。通常會在20--100厘米范圍內(nèi)保持比較好的一致性。再遠(yuǎn)或者更近，則會有激光點(diǎn)和被測點(diǎn)不能重合的問題。

然而，便宜的測溫方法并不精確顯示出溫度最高的是哪個零件。有沒有便宜又精確的方法呢？在90年代我看電子報的時候，就已經(jīng)用松香粉末均勻撒在零件上，來測量零件溫度是否過高，或者異常溫升。松香理論熔點(diǎn)是110攝氏度，粉末狀態(tài)溫度會更低一些就能看到松香的變化了。因此，只要發(fā)現(xiàn)哪撒的松香粉末開始熔化，就說明這塊地方有問題。檢修也就有個方向了。早年間修功放經(jīng)常用這方法。很有效。有些功放靜態(tài)電流很大。如果異常發(fā)熱，那在工作的時候會隨時燒壞的。那個年代還沒有見過紅外溫度計。最多是熱電偶。

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)。一鍋紅燒松香，溫度在70--80度就開始軟化。180--190度開始汽化。

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然不是我的烙鐵。也不是我的手。冒煙的是焊錫絲里的松香以及部分助焊劑。大多數(shù)是松香。

隨著時代的進(jìn)步，科技發(fā)展起來了?，F(xiàn)在有比松香粉末更清潔，更簡單的測試方法。關(guān)鍵是最便宜。5塊錢的材料能用一整年。絕招祭出：熱敏打印紙。這種普通貼紙一樣的白色小標(biāo)簽，通常用來超市里打印小票。原理是用瞬間的高溫光點(diǎn)照射紙面，當(dāng)局部溫度超過65攝氏度就開始變色了，80攝氏度開始變深灰色，100攝氏度接近純黑。一張貼紙剪幾個小片，分別貼在MOS表面，變壓器線包，磁芯，散熱片，PCB上。經(jīng)過十幾分鐘到半小時的老化，各零件溫度穩(wěn)定后，就可以大概知道所有貼紙的地方溫度有多少度了。成本才一次一分錢都不到。

一卷3--5塊錢，幾百張，夠用很久了。我沒事的時候就用打火機(jī)燒個黑色火焰的圖形玩。

熱敏打印紙的方法很直接。但速度慢。我常用來測量穩(wěn)定電源的某些零件表面溫度。需要電源工作到熱平衡以后，才知道哪最熱。哪需要繼續(xù)優(yōu)化。于是我還有更簡單的方法。及時，快速。一樣的便宜，好用。酒精！裝在針管里，在熱機(jī)以后對著變壓器線包上滴一滴，如果馬上冒泡蒸發(fā)，那就說明溫度超過80度了。酒精的汽化溫度是78度，同樣的可以知道所有零件有沒有超過80度的地方。直接，高效。但只能一小滴。同一個地方短時間滴兩三次來測量，就等于給零件降溫了。測不出真實(shí)溫度了。用酒精，無損，環(huán)保，無殘留。

就像這樣，瞬間被汽化的情況，表明溫度遠(yuǎn)超過80度。這么震撼的場景不是我制造的。

于是，我花了2600大洋買了個最便宜的熱成像。這下，所有的關(guān)于溫度的問題都不是問題了。隨時測量。哪怕開機(jī)就能測出來啟動電阻上的溫度。即使電阻只有0.1攝氏度的變化，但也能跟旁邊PCB板的溫度有明顯的差異。這點(diǎn)在熱成像上是很好用的。我用它來優(yōu)化過RCD的吸收，啟動電阻的取值，以及其他的各種發(fā)熱上的問題。但熱成像也并非神兵利器。對于光面的鋁制散熱片，它測得的結(jié)果是鏡面反色的物體的溫度，而不是散熱片本體的溫度。只有黑色散熱片可以準(zhǔn)確測量。所以我會用記號筆在需要測量的物品上都標(biāo)記上一個黃豆大的點(diǎn)，這樣可以得到幾乎準(zhǔn)確無誤的結(jié)果。同理，我也用來看變壓器的線包熱，還是磁芯熱。以此來優(yōu)化自己的變壓器。

熱成像的原理其實(shí)是用了虛擬和真實(shí)相結(jié)合的方式.目前的民用級別熱成像都是用兩個鏡頭,一個是紅外鏡頭,用來感知一個區(qū)域內(nèi)的紅外輻射的強(qiáng)弱.另一個是普通光學(xué)鏡頭,用來感知同區(qū)域內(nèi)的真實(shí)光學(xué)影像.這倆畫面通過軟件結(jié)合以后,我們就能看到真實(shí)物體上的紅外輻射強(qiáng)度圖.再通過軟件的計算,得出不同區(qū)域的溫度,在屏幕上顯示出來.

熱成像貴,原因在于內(nèi)部相當(dāng)于多個普通單點(diǎn)紅外測溫儀的組合體.例如單點(diǎn)的測溫儀售價在50元左右.一個分辨率是240*240的紅外熱成像就相當(dāng)于集成了57600個單點(diǎn)的紅外測溫儀同時工作,因?yàn)榧啥雀?我們不用真的花幾萬只測溫儀的價錢.國內(nèi)只要兩三千就可以了.軍用級別的,例如導(dǎo)彈上,需要在幾十千米之外發(fā)現(xiàn)一個紅外熱源,那種分辨率簡直是恐怖.所以一枚導(dǎo)彈的價格通?？氨群儡?

之所以我會對溫度很關(guān)心,因?yàn)樽罱隽藥卓顭o風(fēng)扇自散熱的電源,期間的各種問題引起了我對溫度的嚴(yán)格要求.當(dāng)我認(rèn)真從理論計算并嚴(yán)格制作出一個符合理論電感量的變壓器的時候,在老化的時候出現(xiàn)了問題,本來設(shè)計全程都是工作在DCM模式的反激,結(jié)果卻在70%多負(fù)載的時候看波形已經(jīng)到了滿載狀態(tài).以為自己計算出問題了.反復(fù)用不同的方法算了好幾次,結(jié)果都是正常的.于是把目光轉(zhuǎn)向了老化后的狀態(tài):50%功率老化的時候,經(jīng)過30分鐘基本達(dá)到熱平衡,這時候測量變壓器溫度是在75度附近.到了波形看起來滿載的時候,變壓器溫度是85度左右.于是發(fā)現(xiàn)-----溫度的上升讓變壓器的感量變大了.查磁芯的溫度曲線也印證了這一點(diǎn).可以說,我是買到垃圾磁芯了.從另一面說,即使正品磁芯,也會有溫度影響感量的問題,但不會這么明顯.為了驗(yàn)證我的想法,從網(wǎng)上買來印字的"原裝"磁芯.經(jīng)過幾次實(shí)驗(yàn),證實(shí)了正品磁芯的電感量受溫度變化的影響很小.25--100度,電感量變化不到5%.而普通磁芯則在10%甚至更大.所以,在做實(shí)際產(chǎn)品的時候,功率設(shè)計出10%的余量是有道理的.可以在滿載極限狀態(tài)下,也能滿負(fù)荷工作.

除了溫度帶來的電感量變大的問題,還有MOS管的電流問題.幾乎所有的MOS管的規(guī)格書都給出了兩個電流值,一個是25度的,一個是100度的,有的給的是25和75度的電流值.例如一個10A的MOS,在25度時候是10A,在100度的時候就只能流過6A的安全電流了.我們選擇零件的時候也有必要考慮一下電源在極限溫度狀態(tài)下,是否所有的零件都能有足夠的余量.不單單是變壓器和MOS.我們常用的431和電阻二極管三極管也都有溫飄問題.如何精確的檢測電路,并用負(fù)溫度系數(shù)的電路去糾正溫度造成的偏差,這是我目前面臨的問題.但也在逐步解決.