電源模塊的散熱方法

發布日期：2023-07-07 作者：電源模塊廠家點擊：

電源模塊熱能從高溫區傳遞到低溫區的基本方式有三種：輻射、傳導和對流。輻射：不同溫度的兩個物體間熱量的電磁傳遞。傳導：熱量通過固體介質的傳遞。比如外殼、接觸面、導線！對流：熱量通過流體介質（空氣）的傳遞。在各種實際應用中，所有三種熱量傳遞的方式都有不同程度的作用。在大部分應用中，對流是主要的熱量傳遞方式，若再加上另外兩種散熱方式,效果更佳。但在某些情況下，這兩種方式也可能帶來反效果。因此，設計優良的散熱系統時，所有三種熱量傳遞方式都應當認真考慮。

1、傳導散熱

在許多應用中，電源模塊基板上的熱量要經導熱元件傳導到較遠的散熱面上。這是一種有效的電源模塊散熱方式，可以在有效的空間內進行熱能的散發，保證器件的正常工作。這樣，電源模塊基板的溫度將等于散熱面的溫度、導熱元件的溫升及兩接觸面的溫升之和。導熱元件的熱阻與其長度L成正比，與其截面積及導熱率反比，選用適當的材料和截面積，也可以減小導熱元件的熱阻。在安裝空間和成本都允許的條件下，應選用熱阻值小的散熱器。應當記住，電源模塊基板溫度略微降低一點，平均無故障時間（MTBF）就會顯著提高，穩定性更加好！。其壽命也會相應得到一定的保證。散熱片的制造材料是影響效能的重要因素，選擇時必須加以注意。在大部分應用中，電源模塊產生的熱量將從基板傳導到散熱器或導熱元件上。但是在電源模塊基板和導熱元件之間的接觸面上將產生溫度差，這種溫度差必須加以控制, 熱阻串聯在散熱回路中，基板的溫度應為接觸面的溫升和導熱元件的溫度之和。如果不加控制，接觸面的溫升會特別明顯的。接觸面的面積應盡可能大一些，并且接觸面的平滑度應當在5密耳（0.005英寸）以內。為了消除表面的凹凸不平，在接觸面上應填充導熱膠或導熱墊。)采取適當的措施后，接觸面的熱阻可降到0.1℃/W以下。只有降低散熱熱阻(RTH)或降低功耗(Ploss)才能降低溫升，增加電源的大輸出功率跟應用環境溫度有關,影響參數包括損耗功率、熱阻和高電源殼溫。效率高和散熱較佳的電源溫升會較低。在標稱功率輸出時，它們的可用溫度會有余量。效率較低或散熱較差的電源的溫升會較高。它們需要風冷或降額使用.

金屬材料熱傳導系數

金317W/mK

銀429W/mK

銅401W/mK

鐵48W/mK

鋁237W/mK

AA6061鋁合金155W/mK

AA6063鋁合金201W/mK

ADC12鋁合金96W/mK

AA1070鋁合金226W/mK

AA1050鋁合金209W/mK

電源模塊的產品散熱設計，一般是根據功率的大小、產品的轉換功率、產品的應用環境或客戶的要求，作出相應的安排。目前針對一些小功率的，理論上都是采用塑料殼的設計。在發熱量不大，環境要求相對不是很嚴格的情況下，完全達到工業的各項標準，而針對中功率的產品，一般會采用銅、鋁等外殼，可以把熱量更快的得到傳導，以保證電源模塊的工作溫度。更大的上到200W或更高的，則都需要外上外接的散熱片，從而保證散熱傳導的需要！

2、輻射散熱

當兩個不同溫度的介面相對時，將產生熱量的連續輻射傳遞。輻射對個別物體溫度的影響決定于許多因素：各部件的溫度差、有關部件的方位、部件表面的光潔度以及彼此的間隔等。由于很難把這些因素量化，加上周圍環境本身的輻射式能量交換的影響，因此計算輻射對溫度的影響很復雜，而且很難精確。電源變換器模塊實際應用中，不可能單依靠輻射式散熱作為轉換器的冷卻方法。在大部分情況下，輻射只能散去總熱量的10%或以下，因此，輻射散熱通常只能作為主要散熱方式以外的一種輔助手段，并且熱設計時通常也不考慮它對)電源模塊溫度的影響。在實際應用中，通常變換器模塊的溫度都高于環境溫度，因此，輻射能量傳遞有助于散熱。但是，在某些情況下，模塊附近一些熱源（功率器件板，大功率電阻等）的溫度比)電源模塊的溫度更高，這些物體的熱輻射將反而會使模塊的溫度升高.在散熱設計中，應根據熱輻射可能產生的影響，合理安排變換器模塊周圍元件的相對位置。當發熱元件靠近變換器模塊時，為了減弱輻射的加熱效應，在模塊和發熱元件之間應插入隔熱板細薄的鰭片。

3、對流散熱

對流散熱是電源變換器常用的散熱方法，對流通常分為自然對流和強制對流兩種。熱量從發熱物體表面傳遞到溫度較低的周圍靜止的空氣中，稱為自然對流；熱量從發熱物體表面傳遞到流動的空氣中，稱為強制對流。自然對流的優點是容易實行、不需要風扇、成本較低、而且散熱的可靠性很高。但是，與強制對流相比，為了達到相同的基板溫度，所需散熱器的體積較大。自然對流散熱器設計還應注意以下幾點：通常散熱器都只給出垂直散熱片的參數。水平散熱片散熱效果較差。如果須水平安裝，應當適當地增加散熱器的面積，也可采用強制對流散熱。