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電源模塊設(shè)計時采用的散熱方式

2018-03-12

      電源模塊常見散熱的方式有對流、傳導(dǎo)以及輻射三種,在實際應(yīng)用中,多數(shù)采用對流作為主要的散熱方法。如果設(shè)計合適,再搭配上傳導(dǎo)和輻射倆種散熱方法,效果會達(dá)到最大化。但是如果設(shè)計不當(dāng),會造成反作用。因此,在設(shè)計電源模塊時,設(shè)計散熱體系成為了一個重要環(huán)節(jié)。


1、對流散熱方式

      對流散熱指熱量經(jīng)過流體介質(zhì)空氣的傳遞,從而達(dá)到散熱效果,是我們常用的散熱方法。對流方式一般分為兩種,強(qiáng)制對流以及天然對流。強(qiáng)制對流是指熱量從發(fā)熱物體表面?zhèn)鬟f到流動的空氣中,天然對流是指熱量從發(fā)熱物體表面?zhèn)鬟f到溫度較低的周圍空氣中。采用天然對流的好處是簡單實施、低成本、不需外接散熱風(fēng)扇以及可靠性高,強(qiáng)制對流為了能達(dá)到正常使用的基板溫度,它所需散熱器的體積會較大,占用使用空間。


      天然對流的散熱器設(shè)計時要注意,如果水平散熱器散熱效果差,須水平安裝時應(yīng)適當(dāng)增加散熱器的面積或采用強(qiáng)制對流散熱。


2、傳導(dǎo)散熱方式

      電源模塊在使用中,基板上的熱量要經(jīng)過導(dǎo)熱元件傳導(dǎo)到較遠(yuǎn)的散熱面,這樣基板的溫度將等于散熱面的溫度、導(dǎo)熱元件的溫升以及兩觸面的溫升之和。這種方式可以在有效的空間內(nèi)進(jìn)行熱能的揮發(fā),保證可以正常工作。導(dǎo)熱元件的熱阻是和長度成正比,與其截面積及導(dǎo)熱率成反比。如不考慮安裝空間大小以及成本,應(yīng)采用熱阻值最小的散熱器。因為電源的基板溫度每下降一點(diǎn),平均無故障時間就會有明顯的提高,電源的穩(wěn)定性也會提高,同時使用壽命也會更加長


      溫度是影響電源性能的一個重要因素,所以在選擇散熱器時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其制造材料。在實際應(yīng)用中,模塊產(chǎn)生的熱量是從基板傳導(dǎo)到散熱器或者導(dǎo)熱元件上。但是電源基板和導(dǎo)熱元件之間的接觸面上會產(chǎn)生溫度差,這溫度差必須加以控制。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顯著。所以接觸面的面積應(yīng)盡可能大一些,并且接觸面的平滑度應(yīng)當(dāng)在5密耳,也即是0.005英寸以內(nèi)。


      為了消除表面的凹凸不平,應(yīng)在接觸面上填充導(dǎo)熱膠或?qū)釅|,采取了適當(dāng)?shù)?span>措施后,接觸面的熱阻可降到0.1℃/W以下。只有降低散熱熱阻或降低功耗才能降低溫升,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)一般有:損耗功率、熱阻以及最高電源殼溫。效率高和散熱較佳的電源溫升會較低,額定功率輸出時,它們的可用溫度會有余量。效率較低或散熱較差的電源溫升會較高,因為它們需要風(fēng)冷或需要降額使用。


3、輻射散熱方式

      輻射散熱是當(dāng)倆個不一樣溫度的介面相對時,將發(fā)生熱量的接連輻射傳遞。輻射對單個物體溫度的影響取決于很多因素,如各種元件的溫差、元件的外部、元件的位置以及距離之間的影響等。在實際應(yīng)用中,這些因素很難量化,再加上周圍環(huán)境自身的輻射式能量交流所影響,很難準(zhǔn)確核算其輻射對溫度的雜亂影響。


      模塊電源在實際應(yīng)用中是不可能單一使用輻射散熱方式的,因為這種方式一般只能散去總熱量的10%或以下,通常作為主要散熱方式的一種輔助手段,在熱設(shè)計中一般不考慮它對溫度的影響。在電源工作狀態(tài)時,它的溫度一般都要高于外界環(huán)境溫度,輻射傳遞有助于整體散熱。但在特殊情況下,電源附近的熱源,如大功率電阻、器件板等,這些物體的輻射會導(dǎo)致模塊溫度升高。

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