【儀器儀表商情網(wǎng) 前沿技術(shù)】一摸電源模塊的表面，熱乎乎的，模塊壞了？！且慢，有一點(diǎn)發(fā)熱，僅僅只是因?yàn)樗Φ毓ぷ髦?。但高溫?duì)電源模塊的可靠性影響極其大！我們須致力于做好熱設(shè)計(jì)，減小電源表面和內(nèi)部器件的溫升。這一次， 我們扒一扒電源模塊的熱設(shè)計(jì)。
       高溫對(duì)功率密度高的電源模塊的可靠性影響極其大。高溫會(huì)導(dǎo)致電解電容的壽命降低，變壓器漆包線的絕緣特性降低，晶體管損壞，材料熱老化，焊點(diǎn)脫落等現(xiàn)象。有統(tǒng)計(jì)資料表明，電子元件溫度每升高2℃，可靠性下降10%。
       對(duì)于電源模塊的熱設(shè)計(jì)，它包括兩個(gè)層面：降低損耗和改善散熱條件。
       一、元器件的損耗
       損耗是產(chǎn)生熱量的直接原因，降低損耗是降低發(fā)熱的根本。市面上有些廠家把發(fā)熱元件包在模塊內(nèi)部，使得熱量散不出去，這種方法有點(diǎn)自欺欺人。降低內(nèi)部發(fā)熱元件的損耗和溫升才是硬道理。
       電源模塊熱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵器件一般有：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(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗（開通損耗和關(guān)斷損耗）；
      2、 整流二極管的損耗：正向?qū)〒p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、熱設(shè)計(jì)
       在設(shè)計(jì)的初期，方案選擇、元器件選擇、PCB設(shè)計(jì)等方面都要考慮到熱設(shè)計(jì)。
       1、方案的選擇
       方案會(huì)直接影響到整體損耗和整體溫升的程度。
       2、元器件的選擇
       元器件的選擇不僅需要考慮電應(yīng)力，還要考慮熱應(yīng)力，并留有一定降額余量。降額等級(jí)可以參考《國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)——元器件降額準(zhǔn)則GJB/Z35-93》，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各類元器件的各等級(jí)降額余量作了規(guī)定。設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源，實(shí)在不能任性，必須好好照著各元件的性子，設(shè)計(jì)、降額、驗(yàn)證。圖 1為一些元件降額曲線，隨著表面溫度增加，其額定功率會(huì)有所降低。

       有時(shí)，電路參數(shù)和性能看似正常，但實(shí)際上隱藏很大的問題。如圖 2所示，某電路基本性能沒有問題，但在常溫下，用紅外熱成像儀一測(cè)，不得了了，MOS管的驅(qū)動(dòng)電阻表面溫度居然達(dá)到95.2℃。長(zhǎng)期工作或高溫環(huán)境下，極易出現(xiàn)電阻燒壞、模塊損壞的問題。可見，研發(fā)過程中使用熱成像儀測(cè)試元器件的溫度尤其重要，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位問題點(diǎn)。通過調(diào)整電路參數(shù)，降低電阻的歐姆熱損耗，且將電阻封裝由0603改成0805，大大降低了表面溫度。

       b) MOS管與背面的銅平面的溫差大大減小，熱孔的傳熱性能良好。