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隨著開關電源向高頻、小型化發展，其功率密度不斷提高，電源發熱問題變得不可忽視。溫度是影響開關電源可靠性的重要因素之一。當器件溫度高于其額定工作溫度時，每升高10℃，器件可靠性下降一半，溫度超過極限值將導致器件損壞，造成電源失效。除了選用低功耗器件及優化拓撲減小模塊發熱量外，高效可靠的冷卻方式成為開關電源向高功率密度方向發展的關鍵。

日前，中國科學院電工研究所、中國科學院大學的研究人員溫英科、阮琳指出，高效可靠的冷卻技術是開關電源向高功率密度方向發展的迫切需求。為了實現開關電源的高效散熱，克服傳統冷卻方式效率低、系統復雜、電源溫升高等缺點，將全浸式蒸發冷卻技術應用于開關電源冷卻領域。有關研究成果已發表在2018《電工技術學報》第18期上，題目為“全浸式蒸發冷卻開關電源熱分析及實驗”。

據了解，傳統的冷卻方式有三種：自然對流冷卻、強迫風冷散熱、強迫水冷散熱。鑒于空冷（自然對流、強迫風冷）散熱能力有限，強迫水冷散熱系統復雜、可靠性低的現狀，開關電源迫切需要一種冷卻能力強、安全可靠的冷卻方式。與空冷、水冷依靠冷卻介質帶走熱量的方式截然不同，蒸發冷卻技術利用高絕緣、低沸點的冷卻介質受熱沸騰時的汽化潛熱帶走熱量。

當前，常用的蒸發冷卻形式有全浸式、表貼式、管道內冷式以及噴淋式，并且由發熱體的結構及發熱特征來決定冷卻方式的選取。開關電源熱源具有數量多、分布離散、發熱不均勻、熱源幾何形狀復雜的特點，采用全浸式蒸發冷卻將電源模塊直接浸沒于冷卻介質中，發熱器件可與冷卻介質充分直接接觸，冷卻效果好，且系統結構簡單，可靠性高，是將蒸發冷卻技術應用于開關電源的首選結構形式。

圖1 全浸式蒸發冷卻開關電源主電路結構

研究人員以一臺12V/2kW開關電源為例，從理論分析、仿真建模及實驗驗證角度對全浸式蒸發冷卻開關電源熱特性進行研究，并與強迫風冷開關電源熱特性進行對比研究。仿真及實驗驗證了理論分析的正確性，證實了全浸式蒸發冷卻技術應用于開關電源冷卻的可行性及技術優勢。

圖2 全浸式蒸發冷卻開關電源溫度測試系統示意圖

全浸式蒸發冷卻開關電源不僅冷卻結構簡單，而且具有穩態溫升低、溫度分布均勻、無局部過熱點和動態過程熱應力小的優點。另外，全浸式蒸發冷卻開關電源無需特殊的風道設計，在器件布局靈活性及縮小電源體積、提高電源功率密度方面有較大優勢。

全浸式蒸發冷卻開關電源開機過程中器件溫度變化率低，關機過程中無瞬間溫度過沖，減小了溫度變化帶來的熱沖擊和熱應力，提高了電源運行可靠性，適應了開關電源的冷卻需求，在開關電源冷卻領域具有良好的應用前景。