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我们一起扒一扒:电源??槿壬杓?/h2>

发布时间:2015-10-30 责任编辑:echolady

【导读】电源???/a>的表面发热并非??榛盗说脑倒?,知识电源??檎诠ぷ鞯恼O窒?。微微发热不会造成影响,但是高温则会危害到电源??榈目煽啃浴K陨杓坪玫缭茨?榈娜壬杓撇拍鼙Vさ缭茨?榭煽吭诵?,减小电源表面和内部器件的温升是首要任务,本文就来分析电源??榈娜壬杓啤?/strong>

高温对功率密度高的电源??榈目煽啃杂跋旒浯?。高温会导致电解电容的寿命降低,变压器漆包线的绝缘特性降低,晶体管损坏,材料热老化,焊点脱落等现象。有统计资料表明,电子元件温度每升高2℃,可靠性下降10%。

对于电源??榈娜壬杓?,它包括两个层面:降低损耗和改善散热条件。

一、元器件的损耗

损耗是产生热量的直接原因,降低损耗是降低发热的根本。市面上有些厂家把发热元件包在??槟诓?,使得热量散不出去,这种方法有点自欺欺人。降低内部发热元件的损耗和温升才是硬道理。

电源模块热设计的关键器件一般有:MOS管、二极管、变压器、功率电感、限流电阻等。其损耗如下:

1、MOS管的损耗:导通损耗、开关损耗(开通损耗和关断损耗);

2、整流二极管的损耗:正向导通损耗;

3、变压器、功率电感:铁损和铜损;

4、无源器件(电阻、电容等):欧姆热损耗。

二、热设计

在设计的初期,方案选择、元器件选择、PCB设计等方面都要考虑到热设计。

1、方案的选择

方案会直接影响到整体损耗和整体温升的程度。

2、元器件的选择

元器件的选择不仅需要考虑电应力,还要考虑热应力,并留有一定降额余量。降额等级可以参考《国家军用标准——元器件降额准则GJB/Z35-93》,该标准对各类元器件的各等级降额余量作了规定。设计一个稳定可靠的电源,实在不能任性,必须好好照着各元件的性子,设计、降额、验证。图1为一些元件降额曲线,随着表面温度增加,其额定功率会有所降低。

电源热模块设计
图1降额曲线
 
元器件的封装对器件的温升有很大的影响。如由于工艺的差异,DFN封装的MOS管比DPAK(TO252)封装的MOS管更容易散热。前者在同样的损耗条件下,温升会比较小。一般封装越大的电阻,其额定功率也会越大,在同样的损耗的条件下,表面温升会比较小。

设计中,要评估的电阻一般有MOS管的限流检测电阻、MOS管的驱动电阻等。限流电阻一般使用1206或更大的封装,多个并联使用。驱动电阻的损耗也需要考虑,否则可能导致温升过高。

有时,电路参数和性能看似正常,但实际上隐藏很大的问题。某电路基本性能没有问题,但在常温下,用红外热成像仪一测,不得了了,MOS管的驱动电阻表面温度居然达到95.2℃。长期工作或高温环境下,极易出现电阻烧坏、??樗鸹档奈侍狻?杉?,研发过程中使用热成像仪测试元器件的温度尤其重要,可及时发现并定位问题点。通过调整电路参数,降低电阻的欧姆热损耗,且将电阻封装由0603改成0805,大大降低了表面温度。


 
3、PCB设计

PCB的铜皮面积、铜皮厚度、板材材质、PCB层数都影响到模块的散热。常用的板材FR4(环氧树脂)是很好的导热材料,PCB上元器件的热量可以通过PCB散热。特殊应用情况下,也有采用铝基板或陶瓷基板等热阻更小的板材。

PCB的布局布线也要考虑到模块的散热:

(1)发热量大的元件要避免扎堆布局,不要哪里“热”闹,就往哪里凑,尽量保持板面热量均匀分布;

(2)热敏感的元件尤其应该“哪边凉快哪边去”;

(3)必要时采用多层PCB;

(4)功率元件背面敷铜平面散热,并用“热孔”将热量从PCB的一面传到另一面。热孔的孔径应很小,大约0.3mm左右,热孔的间距一般为1mm~1.2mm。功率元件背面敷铜平面加热孔的方法,可以起到很好的散热效果,降低功率元件的表面温升。没有采用此方法时,MOS管表面温度和背面PCB的温度;下面两图为采用“背面敷铜平面加热孔”方法后,MOS管表面温度和背面铜平面的温度??梢钥闯觯?br />
a)MOS管表面温度由98.0℃降低了22.5℃;

b)MOS管与背面的铜平面的温差大大减小,热孔的传热性能良好。

电源热??樯杓? /><br />
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热设计时,还须注意:<br />
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1、对于宽压输入的电源???,高压输入和低压输入的发热点和热量分布完全不同,需全面评估。短路?;な钡姆⑷鹊愫腿攘糠植家惨拦?。<br />
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2、在灌封类电源??橹校喾饨菏且恢至己玫牡既鹊牟牧?。模块内部元件的表面温升会进一步降低。即便如此,我们仍要测试高温环境下内部元件的表面温升,来确保模块的可靠性。<br />
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