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電源模塊散熱的方法

作者:(www.hw389.com) 發(fā)布于:2018/1/26 11:17:59 點擊量:

       電源模塊熱能從高溫區(qū)傳遞到低溫區(qū)的基本方式有三種:輻射、傳導(dǎo)和對流。輻射:不同溫度的兩個物體間熱量的電磁傳遞。傳導(dǎo):熱量通過固體介質(zhì)的傳遞。比如外殼、接觸面、導(dǎo)線!對流:熱量通過流體介質(zhì)(空氣)的傳遞。在各種實際應(yīng)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(yīng)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反效果。因此,設(shè)計優(yōu)良的散熱系統(tǒng)時,所有三種熱量傳遞方式都應(yīng)當(dāng)認(rèn)真考慮。

1、傳導(dǎo)散熱

在許多應(yīng)用中,電源模塊基板上的熱量要經(jīng)導(dǎo)熱元件傳導(dǎo)到較遠(yuǎn)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(nèi)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(dǎo)熱元件的溫升及兩接觸面的溫升之和。導(dǎo)熱元件的熱阻與其長度L成正比,與其截面積及導(dǎo)熱率反比,選用適當(dāng)?shù)牟牧虾徒孛娣e,也可以減小導(dǎo)熱元件的熱阻。在安裝空間和成本都允許的條件下,應(yīng)選用熱阻值最小的散熱器。應(yīng)當(dāng)記住,電源模塊基板溫度略微降低一點,平均無故障時間(MTBF)就會顯著提高,穩(wěn)定性更加好!。其壽命也會相應(yīng)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,選擇時必須加以注意。在大部分應(yīng)用中,電源模塊產(chǎn)生的熱量將從基板傳導(dǎo)到散熱器或?qū)嵩稀5窃陔娫茨K基板和導(dǎo)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(yīng)為接觸面的溫升和導(dǎo)熱元件的溫度之和。如果不加控制,接觸面的溫升會特別明顯的。接觸面的面積應(yīng)盡可能大一些,并且接觸面的平滑度應(yīng)當(dāng)在5密耳(0.005英寸)以內(nèi)。為了消除表面的凹凸不平,在接觸面上應(yīng)填充導(dǎo)熱膠或?qū)釅|。)采取適當(dāng)?shù)拇胧┖螅佑|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(yīng)用環(huán)境溫度有關(guān),影響參數(shù)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較低。在標(biāo)稱功率輸出時,它們的可用溫度會有余量。效率較低或散熱較差的電源的溫升會較高。它們需要風(fēng)冷或降額使用.

金屬材料熱傳導(dǎo)系數(shù)

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(shè)計,一般是根據(jù)功率的大小、產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換功率、產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境或客戶的要求,作出相應(yīng)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(shè)計。在發(fā)熱量不大,環(huán)境要求相對不是很嚴(yán)格的情況下,完全達(dá)到工業(yè)的各項標(biāo)準(zhǔn),而針對中功率的產(chǎn)品,一般會采用銅、鋁等外殼,可以把熱量更快的得到傳導(dǎo),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(dǎo)的需要!

2、輻射散熱

當(dāng)兩個不同溫度的介面相對時,將產(chǎn)生熱量的連續(xù)輻射傳遞。輻射對個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,加上周圍環(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(fù)雜,而且很難精確。電源變換器模塊實際應(yīng)用中,不可能單依靠輻射式散熱作為轉(zhuǎn)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(shè)計時通常也不考慮它對)電源模塊溫度的影響。在實際應(yīng)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使模塊的溫度升高.在散熱設(shè)計中,應(yīng)根據(jù)熱輻射可能產(chǎn)生的影響,合理安排變換器模塊周圍元件的相對位置。當(dāng)發(fā)熱元件靠近變換器模塊時,為了減弱輻射的加熱效應(yīng),在模塊和發(fā)熱元件之間應(yīng)插入隔熱板細(xì)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?zhèn)鬟f到溫度較低的周圍靜止的空氣中,稱為自然對流;熱量從發(fā)熱物體表面?zhèn)鬟f到流動的空氣中,稱為強制對流。自然對流的優(yōu)點是容易實行、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(dá)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(shè)計還應(yīng)注意以下幾點:通常散熱器都只給出垂直散熱片的參數(shù)。水平散熱片散熱效果較差。如果須水平安裝,應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦黾由崞鞯拿娣e,也可采用強制對流散熱。

 



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