• 2018-10-28 23:30:35导热片:开关电源热设计散热应用原理

    导热片厂家给大家介绍:

     一、控制发热量的设计

      开关电源中首要的发热元器件为半导体开关管、功率二极管、高频变压器、滤波电感等。不同的元器件有不同的控制发热量的方法。功率管是高频开关电源中发热量较大的器件之一,减小它的发热量,不只可以前进功率管的可靠性,而且还可以前进开关电源的可靠性,前进均匀无故障时刻(MTBF)。而开关管的发热量是由损耗引起的,开关管的损耗由开关进程损耗和通态损耗两部分组成。因此,控制下降发热量可以有以下方法进行处理。

      1、减小通态损耗可以通过选用低通态电阻的开关管来减小通态损耗。

      2、开关进程损耗是因为栅电荷大小及开关时刻引起的,减小开关进程损耗可以选择开关速度更快、恢复时刻更短的器件来减少。

      3、更为重要的是通过设计更优的控制方法和缓冲技术来减小损耗,如选用软开关技术,可以大大减小这种损耗。

      4、减小功率二极管的发热量,对沟通整流及缓冲二极管,一般情况下不会有更好的控制技术来减小损耗,可以通过选择高质量的二极管来减小损耗。

      5、关于变压器二次侧的整流可以选择功率更高的同步整流技术来减小损耗。

      6、关于高频磁性资料引起的损耗,要尽量防止趋肤效应,关于趋肤效应构成的影响,可选用多股细漆包线并绕的方法来处理。

      二、开关电源的散热设计

      为了将发热器件的热量尽快地发散出去,一般从以下几个方面进行考虑开关电源的散热设计: 散热器、冷却电扇、金属pcb、导热硅脂(导热膏)等。在实践设计中需求针对客户以及产品本身的要求及最佳费效比合理地将上述几种方法概括运用到电源的设计中。

      1、半导体器件的散热器设计

      因为半导体器件所发作的热量在开关电源中占主导地位,其热量首要来源于半导体器件的注册、关断及导通损耗。从电路拓扑方法上来讲,选用零开关改换拓扑方法发作谐振使电路中的电压或电流在过零时注册或关断可最大极限地减少开关损耗,但也无法彻底消除开关管的损耗故运用散热器是常用及首要的方法。

      电源开关半导体散热器选择的底子准则

      (1)散热器选择的底子根据

      电力半导体器件的散热器选择要概括根据器件的耗散功率、器件结壳热阻、接触热阻以及冷却介质温度来考虑。

      (2)器件与散热器紧固力的要求

      要使器件与散热器组装后有出色的热接触,有必要具有适宜的设备力或设备力矩,其值由器件制造厂或器件规范给出,组装时应严格遵守不要超出规则的设计。而且在实践的应用中会在器件与散热器之间添加一层导热介质资料前进其传热功率,下降两者间的热阻(如:导热硅胶片、导热硅脂)。

      (3)散热器的额定冷却条件

      自冷散热器:环境温度最好不高于40℃,设备时散热器翼片要垂直安顿,上下端面不能有阻挠,以便散热器周围有出色的空气天然对流的环境和通道。

      风冷散热器:进口空气温度控制在40℃以下,进口端风速最好抵达6米/秒。

      水冷散热器:进口水温不高于35℃。水流量要根据散热总热量需求和进出水设计温差抉择。

      (4)选用散热器的概括考虑

      选用散热器应概括考虑散热器的散热才能设计、冷却方法、技术参数和结构特色,一种器件仅从技术参数看,或许有两、三种散热器均能满足要求,但应结合冷却、设备、通用交换和经济性概括考虑选取。

      2、电扇天然风冷与强制风冷

      在开关电源的实践设计进程中,一般选用天然风冷与电扇强制风冷二种方法。天然风冷的散热片设备时应使散热片的叶片竖直向上放置,若有或许则可在pcb上散热片设备方位的周围钻几个通气孔便于空气的对流。

      强制风冷是运用电扇强制空气对流,所以在风道的设计上同样应使散热片的叶片轴向与电扇的抽气方向一同,为了有出色的通风效果越是散热量大的器件越应挨近排气电扇,在有排气电扇的情况下,散热片的热阻如下表所示:

      4、金属PCB

      随着开关电源的小型化,表面贴片元件广泛地运用到实践产品中,这时散热片难于设备到功率器件上。当时战胜该问题首要采纳金属PCB作为功率器件的载体,首要有铝基覆铜板、铁基覆铜板,金属PCB的散热性远好于传统的PCB且可以贴装smd元件。还有一种铜芯PCB,基板的中间层是铜板绝缘层选用高导热的环氧玻纤布粘结片或高导热的环氧树脂,它是可以双面贴装smd元件,大功率smd元件可以将smd本身的散热片直接焊接在金属PCB上,运用金属PCB中的金属板来散热。

      5、发热元件的布局

      开关电源中首要发热元件有大功率半导体及其散热器,功率改换变压器,大功率电阻。发热元件的布局的底子要求是按发热程度的大小,由小到大摆放,发热量越小的器件越要排在开关电源风道风向的优势处,发热量越大的器件要越挨近排气电扇。

      为了前进出产功率,经常将多个功率器件固定在同一个大散热器上,这时应尽量使散热片挨近PCB的边沿放置。但与开关电源的外壳或其它部件至少应留有1cm以上的距离。若在一块电路板中有几块大的散热器则它们之间应平行且与风道的风向平行。在垂直方向上则发热小的器件排在最低层而发热大的器件排在较高处。

      发热器件在PCB的布局上一同应尽或许远离对温度敏感的元器件,如电解电容等。




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