开关电源模块关键元器件的热设计

    随着科技的进步，开关电源模块已经普遍运用在各类电子设备上，而且功率密度也在不断提高。不过其工作时会产生大量热量，当不能把这些热量及时排出并保持在一个合适度时，会影响开关电源的工作，严重的甚至发生损坏。尤其是功率密度高的电源模块，在高温时对其可靠性影响极大。主要原因是会导致内部电解电容寿命缩短、晶体管损坏、变压器漆包线绝缘特性降低、低熔点焊缝开裂、焊点脱落、元件材料老化、元件之间的机械应力增大等问题。

    有研究资料表明，当电子元件温度每上升2度，其可靠性将会下降为10%。因此需要了解发热原因，设计解决方案。开关电源导致发热的原因主要是开关管、整流二极管、变压器、功率电感、无源器件电阻电容等关键器件的损耗，可以从两个方面入手解决。

    第一个方面可从电路结构、器件上减少损耗，如在电路结构上可采用更优的控制方式和技术、同步整流技术、高频软开关技术、移相控制技术等。选择不同的技术方案，其关键器件温度也会有所不同。PCB的布局布线、铜皮面积、铜皮厚度、板材材质、PCB层数都会影响到电源模块散热。

    在选择元器件上可优先选用低功耗的元件，减少发热器件的数量，加大加粗印制线的宽度，提高电源效率。元件的选择不仅需要考虑电应力、还需考虑热应力，并且留有一定降额余量。因为元件随着温度的增加，额定功率会降低。元件不同封装对器件的温升有很大的影响，如DFN封装的MOS管比DPAK封装的MOS管更容易散热。一般封装越大的电阻，额定功率越大，在同样的损耗的条件下，表面温升会较小。

    第二个方面是可采用不同的散热方法，如利用传导、辐射、对流技术可将热量转移，包括使用散热器、散热膏、冷却风扇、风冷（自然对流、强迫风冷）、液冷（水、油）、热电致冷、热管等方法。在灌封类的模块中，因为灌封胶是一种良好的导热材料，所以内部元件的表明温升会进一步降低。

    开关电源中发热元件的布局基本要求是按发热程度由小到大排列，发热量越小的元件排在风道风向的上风处，发热量越大的元件要靠近排气风扇，发热器件在PCB布局上应尽可能远离对温度敏感的元件。