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电源模块设计时采用的散热方式

2018-03-12

      电源模块常见散热的方式有对流、传导以及辐射三种,在实际应用中,多数采用对流作为主要的散热方法。如果设计合适,再搭配上传导和辐射俩种散热方法,效果会达到最大化。但是如果设计不当,会造成反作用。因此,在设计电源模块时,设计散热体系成为了一个重要环节。


1、对流散热方式

      对流散热指热量经过流体介质空气的传递,从而达到散热效果,是我们常用的散热方法。对流方式一般分为两种,强制对流以及天然对流。强制对流是指热量从发热物体表面传递到流动的空气中,天然对流是指热量从发热物体表面传递到温度较低的周围空气中。采用天然对流的好处是简单实施、低成本、不需外接散热风扇以及可靠性高,强制对流为了能达到正常使用的基板温度,它所需散热器的体积会较大,占用使用空间。


      天然对流的散热器设计时要注意,如果水平散热器散热效果差,须水平安装时应适当增加散热器的面积或采用强制对流散热。


2、传导散热方式

      电源模块在使用中,基板上的热量要经过导热元件传导到较远的散热面,这样基板的温度将等于散热面的温度、导热元件的温升以及两触面的温升之和。这种方式可以在有效的空间内进行热能的挥发,保证可以正常工作。导热元件的热阻是和长度成正比,与其截面积及导热率成反比。如不考虑安装空间大小以及成本,应采用热阻值最小的散热器。因为电源的基板温度每下降一点,平均无故障时间就会有明显的提高,电源的稳定性也会提高,同时使用寿命也会更加长


      温度是影响电源性能的一个重要因素,所以在选择散热器时应重点关注其制造材料。在实际应用中,模块产生的热量是从基板传导到散热器或者导热元件上。但是电源基板和导热元件之间的接触面上会产生温度差,这温度差必须加以控制。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显著所以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,也即是0.005英寸以内。


      为了消除表面的凹凸不平,在接触面上填充导热胶或导热垫采取了适当的措施后,接触面的热阻可降到0.1℃/W以下。只有降低散热热阻或降低功耗才能降低温升电源的最大输出功率跟应用环境温度有关影响参数一般有:损耗功率、热阻以及最高电源壳温。效率高和散热较佳的电源温升会较低额定功率输出时,它们的可用温度会有余量。效率较低或散热较差的电源温升会较高,因为它们需要风冷或需要降额使用


3、辐射散热方式

      辐射散热是当俩个不一样温度的介面相对时,将发生热量的接连辐射传递。辐射对单个物体温度的影响取决于很多因素,如各种元件的温差、元件的外部、元件的位置以及距离之间的影响等。在实际应用中,这些因素很难量化,再加上周围环境自身的辐射式能量交流所影响,很难准确核算其辐射对温度的杂乱影响。


      模块电源在实际应用中是不可能单一使用辐射散热方式的,因为这种方式一般只能散去总热量的10%或以下,通常作为主要散热方式的一种辅助手段,在热设计中一般不考虑它对温度的影响。在电源工作状态时,它的温度一般都要高于外界环境温度,辐射传递有助于整体散热。但在特殊情况下,电源附近的热源,如大功率电阻、器件板等,这些物体的辐射会导致模块温度升高。