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        電源模塊發熱的原因有哪些?

        發布時間:2018-11-01瀏覽次數:

        一摸電源模塊的表面,暖洋洋的,模塊壞了?!且慢,有一點發熱,僅僅只是由于它正努力地作業著。但高溫對電源模塊的可靠性影響極點大!我們須致力于做好熱規劃,減小電源表面和內部器件的溫升。這一次,我們扒一扒電源模塊的熱規劃。 

        高溫對功率密度高的電源模塊的可靠性影響極點大。高溫會導致電解電容的壽數下降,變壓器漆包線的絕緣特性下降,晶體管損壞,材料熱老化,焊點墜落等現象。有統計材料標明,電子元件溫度每升高2℃,可靠性下降10%。 關于電源模塊的熱規劃,它包含兩個層面:下降損耗和改進散熱條件。 

        一、元器件的損耗 損耗是發生熱量的直接原因,下降損耗是下降發熱的根柢。市面上有些廠家把發熱元件包在模塊內部,使得熱量散不出去,這種方法有點掩耳盜鈴。下降內部發熱元件的損耗和溫升才是硬道理。 電源模塊熱規劃的要害器件一般有:MOS管、二極管、變壓器、功率電感、限流電阻等。其損耗如下: 1.MOS管的損耗:導通損耗、開關損耗(注冊損耗和關斷損耗); 2.整流二極管的損耗:正導游通損耗; 3.變壓器、功率電感:鐵損和銅損; 4.無源器件(電阻、電容等):歐姆熱損耗。 

        二、熱規劃 在規劃的初期,方案選擇、元器件選擇、PCB規劃等方面都要考慮到熱規劃。 

        1、方案的選擇 方案會直接影響到全體損耗和全體溫升的程度。 

        2、元器件的選擇 元器件的選擇不只需求考慮電應力,還要考慮熱應力,并留有必定降額余量。降額等級可以參看《國家軍用標準——元器件降額準則GJB/Z35-93》,該標準對各類元器件的各等級降額余量作了規矩。規劃一個安穩可靠的電源,其實不能頑固,有必要好好照著各元件的性質,規劃、降額、驗證。一些元件降額曲線,跟著表面溫度增加,其額定功率會有所下降。 元器件的封裝對器件的溫升有很大的影響。如由于工藝的差異,DFN封裝的MOS管比DPAK(TO252)封裝的MOS管更簡略散熱。前者在相同的損耗條件下,溫升會比較小。一般封裝越大的電阻,其額定功率也會越大,在相同的損耗的條件下,表面溫升會比較小。 規劃中,要點評的電阻一般有MOS管的限流檢測電阻、MOS管的驅動電阻等。限流電阻一般運用1206或更大的封裝,多個并聯運用。驅動電阻的損耗也需求考慮,不然或許導致溫升過高。 有時,電路參數和功用看似正常,但實際上躲藏很大的問題。某電路根柢功用沒有問題,但在常溫下,用紅外熱成像儀一測,不得了,MOS管的驅動電阻表面溫度居然抵達95.2℃。長期作業或高溫環境下,極易呈現電阻燒壞、模塊損壞的問題??梢?,研制過程中運用熱成像儀查驗元器件的溫度特別重要,可及時發現并定位問題點。通過調整電路參數,下降電阻的歐姆熱損耗,且將電阻封裝由0603改成0805,大大下降了表面溫度。 

        3、PCB規劃 PCB的銅皮面積、銅皮厚度、板材質料、PCB層數都影響到 電源模塊的散熱。常用的板材FR4(環氧樹脂)是很好的導熱材料,PCB上元器件的熱量可以通過PCB散熱。特別運用情況下,也有選用鋁基板或陶瓷基板等熱阻更小的板材。 PCB的布局布線也要考慮到模塊的散熱: 發熱量大的元件要防止扎堆布局,不要哪里“熱”鬧,就往哪里湊,盡量堅持板面熱量均勻分布; 熱活絡的元件特別應該“哪邊涼爽哪邊去”; 必要時選用多層PCB; 功率元件欠好敷銅平面散熱,并用“熱孔”將熱量從PCB的一面傳到另一面。熱孔的孔徑應很小,大約0.3mm左右,熱孔的間隔一般為1mm~1.2mm??梢云鸬胶芎玫纳嵝Ч?,下降功率元件的表面溫升。熱規劃時,還須留意: 關于寬壓輸入的電源模塊,高壓輸入和低壓輸入的發搶手和熱量分布完全不同,需全面點評。短路保護時的發搶手和熱量分布也要點評。 

        在灌封類電源模塊中,灌封膠是一種超卓的導熱的材料。模塊內部元件的表面溫升會進一步下降。即便如此,我們仍要查驗高溫環境下內部元件的表面溫升,來確保模塊的可靠性。 


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