功率電源中器件的溫升與極限工作溫度

熟悉電子電路設(shè)計(jì)的朋友一定都知道，在電源整體設(shè)計(jì)中存在一些發(fā)熱非常嚴(yán)重的器件，如整流橋、MOS管、快恢復(fù)二極管這些器件。而在功率電源中，電感和高頻變壓器則成為了發(fā)熱現(xiàn)象的重災(zāi)區(qū)。那么在功率電源中，它們的合理溫升應(yīng)該是多少，在惡劣條件下的極限溫升又該是多少呢?

一般來(lái)說(shuō)，電管、變壓器類(lèi)器件的溫度都控制在120℃左右。半導(dǎo)體結(jié)溫控制在0.8，具體的可以參考《GJB/Z35-93元器件降額準(zhǔn)則》。

在實(shí)際操作中，在室溫35℃環(huán)境下半導(dǎo)體器件熱平衡后，其最高溫度不超過(guò)80°;磁性器件最高溫度不超過(guò)90℃。當(dāng)然“最高溫度”測(cè)試方法因人而異，該情況使用的是FLUKE標(biāo)價(jià)5K的一個(gè)二維熱成像儀。

其實(shí)實(shí)際上，對(duì)于元器件溫度的要求，不能用一個(gè)籠統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)全部概括。很多人在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)低頻整流橋工作在100℃左右的環(huán)境也是沒(méi)有問(wèn)題的。其他的功率半導(dǎo)體，則需要看是金屬封裝還是塑封的，150℃工作溫度或者塑封的在最?lèi)毫拥那闆r下，最高溫度控制在100℃以?xún)?nèi)都是沒(méi)有有問(wèn)題的。而175℃工作溫度或者金屬封裝的，在最?lèi)毫拥那闆r下，最高溫度控制在120℃以?xún)?nèi)，應(yīng)該還算是安全的。

需要特別注意的是，那種“軸線”封裝的二極管，特別是肖特基二極管，包括部分TO252封裝的肖特基二極管，最高溫度控制在100℃顯然是不夠的。換句話說(shuō)，降額幅度還應(yīng)該與封裝體積掛鉤。封裝越大，電壓、電流、溫度的降額幅度可以越小。

如果關(guān)于溫度的問(wèn)題大家還是覺(jué)得沒(méi)有靠譜的說(shuō)法，那么可以從公式計(jì)算的角度來(lái)試著分析。首先要考慮的是最?lèi)毫忧闆r下的溫度，如最高溫度下滿載工作，整流橋、MOSFET、快恢復(fù)二極管表面溫度不要超過(guò)110~115℃，或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算結(jié)溫：Tj=Tc+P*Rthjc(P為MOSFET的功耗，Rthjc為MOSFET結(jié)到殼的熱阻)，結(jié)溫估算出來(lái)對(duì)比功率器件規(guī)格書(shū)最大結(jié)溫，對(duì)比是否滿足降額要求即可，電感如果是磁環(huán)做的，磁芯和表面不要超過(guò)120℃，如果是用EE類(lèi)的，磁芯線苞溫度測(cè)內(nèi)部溫度，內(nèi)部磁芯和線包苞不要超過(guò)140℃，有時(shí)候帶風(fēng)扇的模塊，測(cè)表面線苞有時(shí)候很涼快，其實(shí)內(nèi)部可能溫度非常高，已無(wú)法滿足安規(guī)要求，注意線、膠帶、擋墻等材料的溫度等級(jí)選擇。

本文從實(shí)際操作的角度出發(fā)，為大家講解功率電源器件的發(fā)熱情況以及極限工作溫度。并在最后通過(guò)公式計(jì)算的方式，用更加富有理論性的方式為大家提供了一種溫度知識(shí)的參考。正在被器件工作溫度困擾的朋友不妨花上幾分鐘來(lái)閱讀本文，相信會(huì)有意想不到的收獲。