工程師技術(shù)知識分享：開關(guān)電源的幾種熱設(shè)計(jì)方法

從(2)式可得

θi=θj-c=(Tjmax-Tc)/Pcmax-=(150-25)/80≒1.6℃/W

從(1)式可得

θj-a=(Tjmax-Ta)/Pdc=(150-60)/15=6℃/W

從(4)式可得

θf=θj-a-(θi+θc+θs) ≒6-(1.6+0.8)=3.6℃/W

根據(jù)上述計(jì)算散熱器的熱阻抗須選用3.6℃/W以下的散熱器。從散熱器散熱面積設(shè)計(jì)圖中可以查到:使用2mm厚的鋁材至少需要200cm2，因此需選用140*140*2mm以上的鋁散熱器。

注：在實(shí)際運(yùn)用中，Tjmax必須降額使用，以80%額定節(jié)溫來代替Tjmax確保功率管的可靠工作。

自然風(fēng)冷與強(qiáng)制風(fēng)冷

在開關(guān)電源的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，通常采用自然風(fēng)冷與風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷二種形式。自然風(fēng)冷的散熱片安裝時(shí)應(yīng)使散熱片的葉片豎直向上放置，若有可能則可在PCB上散熱片安裝位置的周圍鉆幾個(gè)通氣孔便于空氣的對流。

強(qiáng)制風(fēng)冷是利用風(fēng)扇強(qiáng)制空氣對流，所以在風(fēng)道的設(shè)計(jì)上同樣應(yīng)使散熱片的葉片軸向與風(fēng)扇的抽氣方向一致，為了有良好的通風(fēng)效果越是散熱量大的器件越應(yīng)靠近排氣風(fēng)扇，在有排氣風(fēng)扇的情況下，散熱片的熱阻如下表所示：

金屬PCB

隨著開關(guān)電源的小型化，表面貼片元件廣泛地運(yùn)用到實(shí)際產(chǎn)品中，這時(shí)散熱片難于安裝到功率器件上。當(dāng)前克服該問題主要采取金屬PCB作為功率器件的載體，主要有鋁基覆銅板、鐵基覆銅板，金屬PCB的散熱性遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的PCB且可以貼裝SMD元件。另有一種銅芯PCB，基板的中間層是銅板絕緣層采用高導(dǎo)熱的環(huán)氧玻纖布粘結(jié)片或高導(dǎo)熱的環(huán)氧樹脂，它是可以雙面貼裝SMD元件，大功率SMD元件可以將SMD自身的散熱片直接焊接在金屬PCB上，利用金屬PCB中的金屬板來散熱。

發(fā)熱元件的布局

開關(guān)電源中主要發(fā)熱元件有大功率半導(dǎo)體及其散熱器，功率變換變壓器，大功率電阻。發(fā)熱元件的布局的基本要求是按發(fā)熱程度的大小，由小到大排列，發(fā)熱量越小的器件越要排在開關(guān)電源風(fēng)道風(fēng)向的上風(fēng)處，發(fā)熱量越大的器件要越靠近排氣風(fēng)扇。

為了提高生產(chǎn)效率，經(jīng)常將多個(gè)功率器件固定在同一個(gè)大散熱器上，這時(shí)應(yīng)盡量使散熱片靠近PCB的邊緣放置。但與開關(guān)電源的外殼或其它部件至少應(yīng)留有 1CM以上的距離。若在一塊電路板中有幾塊大的散熱器則它們之間應(yīng)平行且與風(fēng)道的風(fēng)向平行。在垂直方向上則發(fā)熱小的器件排在最低層而發(fā)熱大的器件排在較高處。

發(fā)熱器件在PCB的布局上同時(shí)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離對溫度敏感的元器件，如電解電容等。

結(jié)語

開關(guān)電源的熱設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮產(chǎn)品所處的工作環(huán)境及實(shí)際的工作狀態(tài)并將上述幾種方法綜合運(yùn)用才能設(shè)計(jì)出既經(jīng)濟(jì)又能充分保證半導(dǎo)體散熱的開關(guān)電源產(chǎn)品。