控制柜冷却

有种方法必定能毁掉你美好的一天：允许控制柜中出现过热以致造成严重破坏。简而言之，这可能会显著缩短元器件的预期寿命，导致工作中断，并可能对人员造成伤害。因而我们必须避免上述所有危害，那么就来谈谈如何防止控制柜出现温度失控吧。

能量守恒

对于这一话题，我觉得最好从能量守恒开始说起。

智者说：对于某个固定区域（例如机壳或特定元器件），从所有能量源流入的总能量必须等于流出的总能量，以维持稳定的温度。稳态运行时，系统组件的温度将发生变化以实现这一点。

我：基本上，流入的能量（本文中，即机壳中组件所使用的电能）必须等于流出的能量（热解决方案耗散的热量）。因此，系统的组件必须响应温度升高或降低的变化，直到达到热平衡。不过，该平衡温度最好低于开始“冒火花”的温度。

冷却的重要性

智者说：根据阿伦尼乌斯定律 (Arrhenius Law)，温度每升高 10℃，机电产品和其他过程的反应速度约增加一倍。

我：眨眼……眨眼……什么？我得再来点咖啡才想得明白……

言归正传，这对组件意味着什么？这意味着电解电容器和电池等组件的使用寿命会随温度升高而缩短。鉴于上述信息，请务必仔细考虑器件的容量或额定值，因为这些参数通常会影响性能和使用寿命等因素。

图 1：（图片来源：www.istockphoto.com）

深入展开这一话题前，最好先了解几个热管理方面的术语。

传导

智者说：传导是指系统内存在物理连接的两个组件之间的热传递。

我：一块高温金属连接另一块金属时，热量会在两者之间传递，直到两者达到相同温度。

对流

智者说：对流是指通过气体或液体的循环流动来传递热量。

我：一个高温物体通过气体（或其他流体）将热量传递给另一物体，直到两者达到相同温度。

辐射

智者说：辐射是指能量粒子从一个物体内向外扩散后被另一物体所吸收。

我：比如烤面包机。

热建模

智者说：热建模是指对电子应用进行基本热分析计算的过程。

我：快来看看这个链接！（EEwiki 文章）

封闭系统与开放系统的冷却比较

通常，控制柜的常规冷却方法有两种。封闭系统意味着冷却剂（气体或液体）不会从控制柜内部流动到外部。无论是哪种方法，冷却都须通过传导完成。正如一切明智的决定，冷却方法同样利弊兼具。我们来简单分析一下。首先，由于不需要过滤，因此维护较少。这对于颗粒物较多的环境尤为适用。此外，这也表示柜中设备保持清洁的时间相对较长。当然，由于传导过程受限，柜内温度也相对较高。在热量得以释放到环境空气中之前，只能通过柜壁传递热量。而在高温环境中，这一过程本身无法实现大量散热，因此可能会造成十分严重的问题。不过，或许可以考虑在柜中添加闭环冷却系统，通过搅拌液体吸收剂以吸收组件的热量。

另一个选项是开放系统。这类系统使用过滤系统允许气体或液体进入控制柜，并利用对流形成柜内外的流体循环。因此相较于封闭系统，开放系统控制柜的运行温度通常较低。但是，这就免不了定期维护。由于使用过滤系统，因此需要定期更换过滤网，防止因气流受限而造成组件性能下降。不过，开放系统也存在局限性。所需的流体（通常是空气）流速取决于冷却流体的热容量、进气和排气温度以及系统允许的组件温度。此外，值得注意的是，控制柜内部温度仍会高于排气温度。

其他信息和有用链接

风扇选型和应用指南：查看参数属性（EEwiki 文章）

一些可用选项：

• 封闭系统
  • Laird Thermal Systems - SuperCool 系列热电组件
  • Laird Thermal Systems Tunnel 系列 TEA
• 开放系统
  • Orion 的百叶窗式过滤器风扇套件
  • Orion 的交流和直流风扇托架