电源模块散热问题玄机及设计流程要点-欧洲杯买球app

  一摸电源模块的表面，热乎乎的，模块坏了?!且慢，有一点发热，仅仅只是因为它正努力地工作着。但高温对电源模块的可靠性影响极其大!我们须致力于做好热设计，减小电源表面和内部器件的温升。这一次，我们扒一扒电源模块的热设计。 高温会导致电解电容的寿命降低，变压器漆包线的绝缘特性降低，晶体管损坏，材料热老化，焊点脱落等现象。

高温对功率密度高的电源模块的可靠性影响极其大。高温会导致电解电容的寿命降低，变压器漆包线的绝缘特性降低，晶体管损坏，材料热老化，焊点脱落等现象。有统计资料表明，电子元件温度每升高2℃，可靠性下降10%。电源模块属于灌胶模块类产品，基本都是由外壳、电路板、灌封胶(聚氨酯)组成。电源模块由于是发热类器件，在研发过程中需要严格测试其内部元件的温升，来保证电源模块的使用寿命。 　

对于电源模块的热设计，它包括两个层面：降低损耗和改善散热条件。 　　

一、元器件的损耗 　　

损耗是产生热量的直接原因，降低损耗是降低发热的根本。市面上有些厂家把发热元件包在模块内部，使得热量散不出去，这种方法有点自欺欺人。降低内部发热元件的损耗和温升才是硬道理。 　　

电源模块热设计的关键器件一般有：mos管、二极管、变压器、功率电感、限流电阻等。其损耗如下： 　　

1、 mos管的损耗：导通损耗、开关损耗(开通损耗和关断损耗); 　　

2、 整流二极管的损耗：正向导通损耗; 　　

3、 变压器、功率电感：铁损和铜损; 　　

4、 无源器件(电阻、电容等)：欧姆热损耗。 　　

二、热设计 　　

在设计的初期，方案选择、元器件选择、pcb设计等方面都要考虑到热设计。前几期我们已经详细介绍过pcb的散热设计要点（pcb电路板散热设计技巧全汇总），今天我们重点从元器件选择来讲解其对于电源模块散热设计有何影响。　　

1、方案的选择 　　

方案会直接影响到整体损耗和整体温升的程度。 　　

2、元器件的选择 　　

元器件的选择不仅需要考虑电应力，还要考虑热应力，并留有一定降额余量。降额等级可以参考《国家军用标准——元器件降额准则gjb/z35-93》，该标准对各类元器件的各等级降额余量作了规定。设计一个稳定可靠的电源，实在不能任性，必须好好照着各元件的性子，设计、降额、验证。图 1为一些元件降额曲线，随着表面温度增加，其额定功率会有所降低。

图1 降额曲线 　　

元器件的封装对器件的温升有很大的影响。如由于工艺的差异，dfn封装的mos管比dpak(to252)封装的mos管更容易散热。前者在同样的损耗条件下，温升会比较小。一般封装越大的电阻，其额定功率也会越大，在同样的损耗的条件下，表面温升会比较小。 　　

设计中，要评估的电阻一般有mos管的限流检测电阻、mos管的驱动电阻等。限流电阻一般使用1206（表示那个元件的长120mil，宽60mil）或更大的封装，多个并联使用。驱动电阻的损耗也需要考虑，否则可能导致温升过高。

有时，电路参数和性能看似正常，但实际上隐藏很大的问题。如图 2所示，某电路基本性能没有问题，但在常温下，用红外热成像仪一测，不得了了，mos管的驱动电阻表面温度居然达到95.2℃。长期工作或高温环境下，极易出现电阻烧坏、模块损坏的问题。可见，研发过程中使用热成像仪测试元器件的温度尤其重要，可及时发现并定位问题点。通过调整电路参数，降低电阻的欧姆热损耗，且将电阻封装由0603改成0805，大大降低了表面温度。

导热硅胶材料在电源上主要应用的部位：

1、电源主芯片：可根据电源芯片的功率进行划分，大电源的主芯片一般要求会比较高，如ups电源，由于其强大的供电功能，主芯片要承担整个机体的工作强度，此时会聚集大量的热，那么就需要我们欧洲杯买球app-欧洲杯网络平台材料充当良好的导热介质。

2、模丝管(mos)：模丝管是除了电源主芯片外，发热量最大的元器件了，用到的导热材料品种较多，例：矽胶布、导热硅脂、导热帽套、散热硅胶片等材料。对于模丝管(mos)而言主要是考虑导热材料的绝缘性能，所以一般绝缘矽胶布是其首选。

3、 在灌封类电源模块中，灌封胶是一种良好的导热的材料。模块内部元件的表面温升会进一步降低。即便如此，我们仍要测试高温环境下内部元件的表面温升，来确保模块的可靠性。

4、变压器 ：变压器是能量转换的工具，肩负着电压，电流和电阻的转换工作，然而由于变压器的特殊性能，对导热材料的应用也会有特殊需求。