09、开关电源热设计 .pptVIP

散热设计 开关电源技术——tqzheng@ DC-DC CONVERTER TECHNIQUE 效率 输入输出电压高，容易高效 额定功率大，容易高效 高效的变压器尺寸较大 中小功率范围内，效率很难超越95% 2W以下的功率等级，70%已经很高 CMOS好于TTL 散热途径 传导、对流、辐射。 高温 低温 常用元器件的允许工作温度 器件手册里的相关参数 传导散热 1、导热体传导(导热定律) K-热导率 A-截面积 L-导热路径长度 各种材料的热导率(W/cm·oC) 传导散热 2、界面传导 hi-界面的热导系数 与光洁度、表面受压大小、填充材料有关 常见散热片 辐射散热 几种材料的辐射率（100oC） 铝（工业薄板）：0.09 铝（氧化）：0.33 铝（喷白漆）：0.94 铝（喷黑漆）：0.94 铁（磨光）：0.14~0.38 铁（喷黑漆）：0.8 对流散热 1、自然对流 对流散热 2、强制风冷 对流散热 3、强制水冷 安装方式 回路布局 功率电阻 电解电容 变压器和线圈 功率半导体（安装力矩） 大电流导线 电子元器件的降额处理 电子元器件失效取决于电应力和温度！ 电阻：降功率； 电容：降电压； 半导体：降功耗。 电阻： 30秒平均功率不超过额定的50%； 电压不超过额定的80%； 对线绕电阻： 30秒平均功率不超过额定的30%； 不低于额定的10%； 电容： 纸、薄膜、云母：60%； 玻璃釉、瓷介：50%； 固体钽电容：45%； 液体钽电容：70%.； 铝电解：60%~70% IRFP450的降额曲线 hc-对流散热系数 1、垂直平板； 2、水平平板； 3、小间隙； 4、涡流。 F-空气流量（cm3/s）；与风速有关 ρ-空气密度（g/cm3）； CP-空气比热。 F-水流量（cm3/s）；与水速有关 ρ-水密度（g/cm3）； CP-水比热。 相同体积下,水带走的热量是风的28倍 * 开关电源的热设计 散热设计 计算机机箱内的热分布及风冷气流 计算机机箱风冷时的热分布 每超过室温10度，元器件的寿命将下降一半 热气上行 95 变压器、扼流圈 60~130 薄膜电容 15~200 电子管 60~85 电解电容 75~85 硒整流器 75~85 纸介电容 150~200 硅晶体管 225 涂釉线绕电阻 70~100 锗晶体管 150 压制线绕电阻 100 玻璃釉电容 100 金属膜电阻 80~85 瓷介电容 120 碳膜电阻 表面允许温度 元器件名称 表面允许温度 元器件名称 热阻概念R? Pd Tj R? 自然大气空间 Ta oC / W 热阻＝温度差/热源功率 串并联方法与电阻相同 (1)选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料，以提高其允许的工作温度。如选用耐热性能较好的硅三极管取代热性能较差的锗三极管、触点材料尽量以铂银取代铜。 (2)减小电源内部的发热量。为此，应尽量选用小功率执行元件，如用晶体管代替真空管，选用小功率变压器或者不用变压器，多选用微功耗器件并在电路设计中尽量减少发热元器件的数量，选取热负荷时应留有适当的储备量。 (3)用冷却的方法降低环境温度加快散热速度。 在室温下，对热阻的要求不大于30℃／W时, 可不考虑散热问题。 对热阻的要求在5℃／W - 4℃／W时, 可用叉指形散热器散热。 在4oC／W一0.2oC／W时，可用型材散热器。 在1℃／W一0.05℃／W时，可用强制风冷。 在0.1oC／W一0.02oC／W时，可用水冷。 当对热阻的要求低于0.02℃／W时，可考虑用热管. 散热设计的要求 一般地，三极管的PC(max) 是在保持管壳温度Ta=25℃不变，Tj达到150℃条件下确定的功耗值，因此可用下式 ℃/W 求出R? 越大，一定结温下Pcmax 常见封装外壳的热阻 元件要向大气散发热量， 其热阻是Rc-a ， To-220型热阻为60℃/w， 不采用散热器时，功率封装只能耗散最大功率的5%以下，包括表面贴装时以PCB板散热的情况。 常见封装外壳的热阻(续) To-3P为40℃/w， To-3为30℃/w， 0.002 0.00026 0.0067 0.005 热导率K 硅脂 空气 水 塑料 材料 0.36 0.59 3.98 1.55 热导率K 三氧化二铝 铁 纯铜 铝 材料 接触热阻( )参考数据 R?(C-S) 垫片材料 垫片厚度 接触热阻R?(C-