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浅谈电源模块散热的方法
编辑:上海责允电子科技有限公司   发布时间:2017-12-06

浅谈电源模块散热的方法



电源模块工作时产生的热能从高温区传递到低温区的基本方式有三种:辐射、传导和对流。

 

  辐射:不同温度的两个物体间热量的电磁传递。

 

  传导:热量通过固体介质的传递。

 

  对流:热量通过流体介质(空气)的传递。

 

  在各种实际应用中,所有三种热量传递的方式都有不同程度的作用。在大部分应用中,对流是最主要的热量传递方式,若再加上另外两种散热方式,效果更佳。但在某些情况下,这两种方式也可能带来反效果。因此,设计优良的散热系统时,所有三种热量传递方式都应当认真考虑。

 

  1、传导散热

 

  在许多应用中,电源模块基板上的热量要经导热元件传导到较远的散热面上。这样,电源模块基板的温度将等于散热面的温度、导热元件的温升及两接触面的温升之和。导热元件的热阻与其长度L成正比,与其截面积及导热率反比,选用适当的材料和截面积,也可以减小导热元件的热阻。在安装空间和成本都允许的条件下,应选用热阻值最小的散热器。应当记住,电源模块基板温度略微降低一点,平均无故障时间(MTBF)就会显著提高。

 

  散热片的制造材料是影响效能的重要因素,选择时必须加以注意。在大部分应用中,电源模块产生的热量将从基板传导到散热器或导热元件上。但是在电源模块基板和导热元件之间的接触面上将产生温度差,这种温度差必须加以控制, 热阻串联在散热回路中,基板的温度应为接触面的温升和导热元件的温度之和。如果不加控制,接触面的温升会特别明显的。接触面的面积应尽可能大一些,并且接触面的平滑度应当在5密耳(0.005英寸)以内。为了消除表面的凹凸不平,在接触面上应填充导热胶或导热垫。)采取适当的措施后,接触面的热阻可降到0.1℃/W以下。只有降低散热热阻(RTH)或降低功耗(Ploss)才能降低温升,增加TAmax,电源的最大输出功率跟应用环境温度有关,影响参数包括损耗功率Ploss、热阻RTH和最高电源壳温TC.效率高和散热较佳的电源温升会较低。在标称功率输出时,它们的可用温度会有余量。效率较低或散热较差的电源的温升会较高。它们需要风冷或降额使用。

 

  金属材料热传导系数

 

  金317W/mK

 

  银429W/mK

 

  铜401W/mK

 

  铁48W/mK

 

  铝237W/mK

 

  AA6061铝合金155W/mK

 

  AA6063铝合金201W/mK

 

  ADC12铝合金96W/mK

 

  AA1070铝合金226W/mK

 

  AA1050铝合金209W/mK

 

  2、辐射散热

 

  当两个不同温度的介面相对时,将产生热量的连续辐射传递。辐射对个别物体温度的最终影响决定于许多因素:各部件的温度差、有关部件的方位、部件表面的光洁度以及彼此的间隔等。由于很难把这些因素量化,加上周围环境本身的辐射式能量交换的影响,因此计算辐射对温度的影响很复杂,而且很难精确。

 

  电源变换器模块实际应用中,不可能单依靠辐射式散热作为转换器的冷却方法。在大部分情况下,辐射只能散去总热量的10%或以下,因此,辐射散热通常只能作为主要散热方式以外的一种辅助手段,并且热设计时通常也不考虑它对)电源模块温度的影响。在实际应用中,通常变换器模块的温度都高于环境温度,因此,辐射能量传递有助于散热。但是,在某些情况下,模块附近一些热源(功率器件板,大功率电阻等)的温度比)电源模块的温度更高,这些物体的热辐射将反而会使模块的温度升高。

 

  在散热设计中,应根据热辐射可能产生的影响,合理安排变换器模块周围元件的相对位置。当发热元件靠近变换器模块时,为了减弱辐射的加热效应,在模块和发热元件之间应插入隔热板细薄的鳍片。

 

  3、对流散热

 

  对流散热是上海责允电源模块常用的散热方法,对流通常分为自然对流和强制对流两种。热量从发热物体表面传递到温度较低的周围静止的空气中,称为自然对流;热量从发热物体表面传递到流动的空气中,称为强制对流。

 

  自然对流的优点是容易实行、不需要风扇、成本较低、而且散热的可靠性很高。但是,与强制对流相比,为了达到相同的基板温度,所需散热器的体积较大。

 

  自然对流散热器设计还应注意以下:

 

  通常散热器都只给出垂直散热片的参数。水平散热片散热效果较差。如果须水平安装,应当适当地增加散热器的面积,也可采用强制对流散热。


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