電源模塊熱能從高溫區傳遞到低溫區的基本方式有三種:輻射、傳導和對流。輻射:不同溫度的兩個(gè)物體間熱量的電磁傳遞。傳導:熱量通過(guò)固體介質(zhì)的傳遞。比如外殼、接觸面、導線(xiàn)!對流:熱量通過(guò)流體介質(zhì)(空氣)的傳遞。在各種實(shí)際應用中,所有三種熱量傳遞的方式都有不同程度的作用。在大部分應用中,對流是最主要的熱量傳遞方式,若再加上另外兩種散熱方式,效果更佳。但在某些情況下,這兩種方式也可能帶來(lái)反效果。因此,設計優(yōu)良的散熱系統時(shí),所有三種熱量傳遞方式都應當認真考慮。
1、傳導散熱
在許多應用中,電源模塊基板上的熱量要經(jīng)導熱元件傳導到較遠的散熱面上。這是一種有效的電源模塊散熱方式,可以在有效的空間內進(jìn)行熱能的散發(fā),保證器件的正常工作。這樣,電源模塊基板的溫度將等于散熱面的溫度、導熱元件的溫升及兩接觸面的溫升之和。導熱元件的熱阻與其長(cháng)度L成正比,與其截面積及導熱率反比,選用適當的材料和截面積,也可以減小導熱元件的熱阻。在安裝空間和成本都允許的條件下,應選用熱阻值最小的散熱器。應當記住,電源模塊基板溫度略微降低一點(diǎn),平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)就會(huì )顯著(zhù)提高,穩定性更加好!。其壽命也會(huì )相應得到一定的保證。散熱片的制造材料是影響效能的重要因素,選擇時(shí)必須加以注意。在大部分應用中,電源模塊產(chǎn)生的熱量將從基板傳導到散熱器或導熱元件上。但是在電源模塊基板和導熱元件之間的接觸面上將產(chǎn)生溫度差,這種溫度差必須加以控制,熱阻串聯(lián)在散熱回路中,基板的溫度應為接觸面的溫升和導熱元件的溫度之和。如果不加控制,接觸面的溫升會(huì )特別明顯的。接觸面的面積應盡可能大一些,并且接觸面的平滑度應當在5密耳(0.005英寸)以?xún)取榱讼砻娴陌纪共黄剑诮佑|面上應填充導熱膠或導熱墊。)采取適當的措施后,接觸面的熱阻可降到0.1℃/W以下。只有降低散熱熱阻(RTH)或降低功耗(Ploss)才能降低溫升,增加電源的最大輸出功率跟應用環(huán)境溫度有關(guān),影響參數包括損耗功率、熱阻和最高電源殼溫。效率高和散熱較佳的電源溫升會(huì )較低。在標稱(chēng)功率輸出時(shí),它們的可用溫度會(huì )有余量。效率較低或散熱較差的電源的溫升會(huì )較高。它們需要風(fēng)冷或降額使用.
金屬材料熱傳導系數
金317W/mK
銀429W/mK
銅401W/mK
鐵48W/mK
鋁237W/mK
AA6061鋁合金155W/mK
AA6063鋁合金201W/mK
ADC12鋁合金96W/mK
AA1070鋁合金226W/mK
AA1050鋁合金209W/mK
電源模塊的產(chǎn)品散熱設計,一般是根據功率的大小、產(chǎn)品的轉換功率、產(chǎn)品的應用環(huán)境或客戶(hù)的要求,作出相應的安排。目前針對一些小功率的,理論上都是采用塑料殼的設計。在發(fā)熱量不大,環(huán)境要求相對不是很?chē)栏竦那闆r下,完全達到工業(yè)的各項標準,而針對中功率的產(chǎn)品,一般會(huì )采用銅、鋁等外殼,可以把熱量更快的得到傳導,以保證電源模塊的工作溫度。更大的上到200W或更高的,則都需要外上外接的散熱片,從而保證散熱傳導的需要!
2、輻射散熱
當兩個(gè)不同溫度的介面相對時(shí),將產(chǎn)生熱量的連續輻射傳遞。輻射對個(gè)別物體溫度的最終影響決定于許多因素:各部件的溫度差、有關(guān)部件的方位、部件表面的光潔度以及彼此的間隔等。由于很難把這些因素量化,加上周?chē)h(huán)境本身的輻射式能量交換的影響,因此計算輻射對溫度的影響很復雜,而且很難精確。電源變換器模塊實(shí)際應用中,不可能單依靠輻射式散熱作為轉換器的冷卻方法。在大部分情況下,輻射只能散去總熱量的10%或以下,因此,輻射散熱通常只能作為主要散熱方式以外的一種輔助手段,并且熱設計時(shí)通常也不考慮它對)電源模塊溫度的影響。在實(shí)際應用中,通常變換器模塊的溫度都高于環(huán)境溫度,因此,輻射能量傳遞有助于散熱。但是,在某些情況下,模塊附近一些熱源(功率器件板,大功率電阻等)的溫度比)電源模塊的溫度更高,這些物體的熱輻射將反而會(huì )使模塊的溫度升高.在散熱設計中,應根據熱輻射可能產(chǎn)生的影響,合理安排變換器模塊周?chē)南鄬ξ恢谩.敯l(fā)熱元件靠近變換器模塊時(shí),為了減弱輻射的加熱效應,在模塊和發(fā)熱元件之間應插入隔熱板細薄的鰭片。
3、對流散熱
對流散熱是電源變換器常用的散熱方法,對流通常分為自然對流和強制對流兩種。熱量從發(fā)熱物體表面傳遞到溫度較低的周?chē)o止的空氣中,稱(chēng)為自然對流;熱量從發(fā)熱物體表面傳遞到流動(dòng)的空氣中,稱(chēng)為強制對流。自然對流的優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)行、不需要風(fēng)扇、成本較低、而且散熱的可靠性很高。但是,與強制對流相比,為了達到相同的基板溫度,所需散熱器的體積較大。自然對流散熱器設計還應注意以下幾點(diǎn):通常散熱器都只給出垂直散熱片的參數。水平散熱片散熱效果較差。如果須水平安裝,應當適當地增加散熱器的面積,也可采用強制對流散熱。
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