電源模塊散熱的方法及產(chǎn)品散熱實(shí)際計(jì)算

電源模塊熱能從高溫區(qū)傳遞到低溫區(qū)的基本方式有三種：輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流。

輻射：不同溫度的兩個(gè)物體間熱量的電磁傳遞。

傳導(dǎo)：熱量通過固體介質(zhì)的傳遞。

對(duì)流：熱量通過流體介質(zhì)（空氣）的傳遞。

在各種實(shí)際應(yīng)用中，所有三種熱量傳遞的方式都有不同程度的作用。在大部分應(yīng)用中，對(duì)流是最主要的熱量傳遞方式，若再加上另外兩種散熱方式，效果更佳。但在某些情況下，這兩種方式也可能帶來反效果。因此，設(shè)計(jì)優(yōu)良的散熱系統(tǒng)時(shí)，所有三種熱量傳遞方式都應(yīng)當(dāng)認(rèn)真考慮。

1、傳導(dǎo)散熱

在許多應(yīng)用中，電源模塊基板上的熱量要經(jīng)導(dǎo)熱元件傳導(dǎo)到較遠(yuǎn)的散熱面上。這樣，電源模塊基板的溫度將等于散熱面的溫度、導(dǎo)熱元件的溫升及兩接觸面的溫升之和。導(dǎo)熱元件的熱阻與其長度L成正比，與其截面積及導(dǎo)熱率反比，選用適當(dāng)?shù)牟牧虾徒孛娣e，也可以減小導(dǎo)熱元件的熱阻。在安裝空間和成本都允許的條件下，應(yīng)選用熱阻值最小的散熱器。應(yīng)當(dāng)記住，電源模塊基板溫度略微降低一點(diǎn)，平均無故障時(shí)間（MTBF）就會(huì)顯著提高。

散熱片的制造材料是影響效能的重要因素，選擇時(shí)必須加以注意。在大部分應(yīng)用中，電源模塊產(chǎn)生的熱量將從基板傳導(dǎo)到散熱器或?qū)嵩?。但是在電源模塊基板和導(dǎo)熱元件之間的接觸面上將產(chǎn)生溫度差，這種溫度差必須加以控制， 熱阻串聯(lián)在散熱回路中，基板的溫度應(yīng)為接觸面的溫升和導(dǎo)熱元件的溫度之和。如果不加控制，接觸面的溫升會(huì)特別明顯的。接觸面的面積應(yīng)盡可能大一些，并且接觸面的平滑度應(yīng)當(dāng)在5密耳（0.005英寸）以內(nèi)。為了消除表面的凹凸不平，在接觸面上應(yīng)填充導(dǎo)熱膠或?qū)釅|。）采取適當(dāng)?shù)拇胧┖?，接觸面的熱阻可降到0.1℃/W以下。只有降低散熱熱阻（RTH）或降低功耗（Ploss）才能降低溫升，增加TAmax，電源的最大輸出功率跟應(yīng)用環(huán)境溫度有關(guān)，影響參數(shù)包括損耗功率Ploss、熱阻RTH和最高電源殼溫TC.效率高和散熱較佳的電源溫升會(huì)較低。在標(biāo)稱功率輸出時(shí)，它們的可用溫度會(huì)有余量。效率較低或散熱較差的電源的溫升會(huì)較高。它們需要風(fēng)冷或降額使用。

金屬材料熱傳導(dǎo)系數(shù)

金317W/mK

銀429W/mK

銅401W/mK

鐵48W/mK

鋁237W/mK

AA6061鋁合金155W/mK

AA6063鋁合金201W/mK

ADC12鋁合金96W/mK

AA1070鋁合金226W/mK

AA1050鋁合金209W/mK

2、輻射散熱

當(dāng)兩個(gè)不同溫度的介面相對(duì)時(shí)，將產(chǎn)生熱量的連續(xù)輻射傳遞。輻射對(duì)個(gè)別物體溫度的最終影響決定于許多因素：各部件的溫度差、有關(guān)部件的方位、部件表面的光潔度以及彼此的間隔等。由于很難把這些因素量化，加上周圍環(huán)境本身的輻射式能量交換的影響，因此計(jì)算輻射對(duì)溫度的影響很復(fù)雜，而且很難精確。

電源變換器模塊實(shí)際應(yīng)用中，不可能單依靠輻射式散熱作為轉(zhuǎn)換器的冷卻方法。在大部分情況下，輻射只能散去總熱量的10%或以下，因此，輻射散熱通常只能作為主要散熱方式以外的一種輔助手段，并且熱設(shè)計(jì)時(shí)通常也不考慮它對(duì)）電源模塊溫度的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，通常變換器模塊的溫度都高于環(huán)境溫度，因此，輻射能量傳遞有助于散熱。但是，在某些情況下，模塊附近一些熱源（功率器件板，大功率電阻等）的溫度比）電源模塊的溫度更高，這些物體的熱輻射將反而會(huì)使模塊的溫度升高。

在散熱設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)熱輻射可能產(chǎn)生的影響，合理安排變換器模塊周圍元件的相對(duì)位置。當(dāng)發(fā)熱元件靠近變換器模塊時(shí)，為了減弱輻射的加熱效應(yīng)，在模塊和發(fā)熱元件之間應(yīng)插入隔熱板細(xì)薄的鰭片。

3、對(duì)流散熱

對(duì)流散熱是愛浦電源變換器常用的散熱方法，對(duì)流通常分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流兩種。熱量從發(fā)熱物體表面?zhèn)鬟f到溫度較低的周圍靜止的空氣中，稱為自然對(duì)流；熱量從發(fā)熱物體表面?zhèn)鬟f到流動(dòng)的空氣中，稱為強(qiáng)制對(duì)流。

自然對(duì)流的優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)行、不需要風(fēng)扇、成本較低、而且散熱的可靠性很高。但是，與強(qiáng)制對(duì)流相比，為了達(dá)到相同的基板溫度，所需散熱器的體積較大。

自然對(duì)流散熱器設(shè)計(jì)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

通常散熱器都只給出垂直散熱片的參數(shù)。水平散熱片散熱效果較差。如果須水平安裝，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦黾由崞鞯拿娣e，也可采用強(qiáng)制對(duì)流散熱。

產(chǎn)品散熱實(shí)際計(jì)算

在不同的應(yīng)用中，電源模塊需要的散熱器熱阻可從下面的等式計(jì)算出來，然后可根據(jù)熱阻從散熱器的資料冊(cè)中可以找到適當(dāng)?shù)纳崞鱐C，max

電源最大的滿功率輸出殼溫

TA 工作環(huán)境溫度

電源工作效率

Pout電源輸出功率

1例1：在自然對(duì)流條件下，當(dāng)工作環(huán)境為55℃，輸出24V、45W時(shí)，求出WDH50-48S24模塊所能承受的最大熱阻。

最大熱阻抗=

Tmax=100℃

Ta=55℃

Pout=45W

η=87%（0.87）

最大熱阻=

=6.69℃/W（min）