热阻θJA(最坏的情况):
ΔT/PD=75℃/1.46W=51.3℃/W;
θSA=51-100=-49℃/W(最大).
显然,在没有致冷条件下,SO-8不能知足设计要求.考虑采用SOT-223封装的MIC5201-5.0BS调压器,该封装比SO-8小,但其三个引足具有很好的散热效果.选用MIC5201-3.3BS,其相干参数如下:
TJ MAX=125℃
SOT-223的热阻θJC=15℃/W
θCS=0 ℃/W(直接焊在线路板上的).
6)计算采用SOT-223封装的成果:
PD=[14V-4.9V]×150mA+(14V×1.5mA)=1.4W
上升温度=125℃-50℃=75℃;
热阻θJA(最坏的情况):
ΔT/PD=75℃/1.4W=54℃/W;
θSA=54-15=39℃/W(最大).根据以上的数据,采用1,400 mm2的散热铜箔(边长1.5英寸的正方形)可以谦脚设计要求.
以上的设计结果可以作为粗详的参考,实际设计中需求了解电路板的热特性,得出更正确、满意实际设计的结果.
下表列出了一般表面安装的热阻额外值,略睹数据手册.
表8典范的表面安装的热阻(单位:℃/W)
封装RjaRjc
SOD123340150
SOT2355675
SOT2231597.5
SO-86321
SMB13
SMC11
DPAK806
D2PAK502
7 强制风冷散热方式的分析
通常条件下,热量的传递包括三种方式:传导、对流和辐射.传导是指直接接触的物体之间热量由温度高的一方向温度较低的一方的传递,对流是借帮流体的流动传递热量,而辐射无需借帮任何媒介,是发热体直接向四周空间开释热量.
强迫风冷的散热量比自然冷却大十倍以上,但是要增长风机、风机电源、联锁装置等,这不只使设备的本钱和庞杂性添加,而且使系统的可靠性降落,另外还增加了噪声和振动,因此在一般情况下应尽量采用自然冷却,而不采用风冷、液冷之类的冷却方式.高频变压器和电感线圈应选用较粗的导线来克制温升.从经验来瞅,尽量保证磁体损耗和线圈铜损的相同,可使高频变压器的整体功耗最小,减小发热量.
在实际应用中,散热的办法有散热器微风扇两种方式或者二者的同时使用.散热器通过和芯片表面的严密接触使芯片的热量传导到散热器,散热器通常是一块带有许多叶片的热的良导体,它的充足扩大的表面使热的辐射大大增加,同时畅通流畅的空气也能带走更大的热能.风扇的使用也分为两种情势,一种是直接安装在散热器表面,另一种是安装在机箱和机架上,提高整个空间的空气流速.如果将温度等效为电压,将功率等效为电流,则图1所示的热模型相似于欧姆定律,V=I*R (欧姆定律) 散热的计算有一个最根本的公式:
温差 =功耗×热阻
T = P* (热模型)
TJ = PD * ( JC + CA) + TA
在使用散热器的情况下,散热器与四周空气之间的热开释的"阻力"称为热阻,散热器与空气之间"热流"的大小用芯片的功耗来代表,这样热流由散热器流向空气时由于热阻的存在,在散热器和空气之间就产生了一定的温差,就像电流流过电阻会产生电压降一样.同样,散热器与芯片表面之间也会存在一定的热阻.热阻的单位为℃/W.选择散热器时,除了机械尺寸的考虑之外,最首要的参数就是散热器的热阻.热阻越小,散热器的散热能力越强.
从热力教的角度来望,物体的呼热、搁热是绝对的,但凡有温度差存在时,就必定产生热从高温处传递到高温处,这是天然界和工程技术范畴中极广泛的一种隐象.而热传送的方式有三种:辐射、对流、传导,其中以热传导为最速.人们要议论的风冷散热,真际上就是强迫对流散热.
对流换热是指流体与其相接触的固体表面或流体,而这存在不同温度时所产生的热量转移历程.热源将热量以热传导方式传至导热导热介质,再由介量传至散热片基部,由基部将热量传至散热片肋片并通过风扇与空气分子进行蒙迫对流,将热量披发到空气中.风扇不时向散热片吹进冷空气,流出热空气,实现热的散热进程.
对流换热便蒙导热法则的安排,又受流体流动法则的安排,属于一类庞杂的传热进程,表示在对流换热的影响要素比拟多.
1)按流体产生流动的缘由不同,可分为自然对流和强迫对流.
2)按流动性质来辨别,有层流和紊流之别.流体从层流过渡到紊流是由于流动失来波动性的结果.一般以雷诺数(Re)的大小,作为层流或紊流的断定依据.
3)流体的物性对对流换热的影响.例如,粘度、密度、导热系数、比热、导温系数等等,它们随流体不同而不同,随温度变化而变化,从而改变对流换热的效因.
4)换热表面的几何条件对对流换热的影响.其中包含:
a管道中的入口、出心段的长度,外形以及流道自身的长度等;
b物体表面的几何外形,尺寸大小等;
c物体表面,如管道壁面、平板表面等的粗拙程度;
d物体表面的地位(平放、侧放、垂直放置等)以及流动空间的大小.
5)流体物态改变的影响.
6)换热面的边界条件,如恒热流、恒壁温等,也会影响对流换热.
7)风量和温度的关系
T＝Ta+1.76P/Q
式中
Ta-环境温度,℃
P-零件功率,W
Q-风扇的风量,CFM
T-机箱内的温度,℃
举一个电路设计中热阻的计算的例子:
设计要求:芯片功耗:20瓦,芯片表面不能超过的最高温度:85℃,环境温度(最高):55℃计算所需散热器的热阻.
实践散热器取芯片之间的热阻很小,与0.1℃/W做为近似.
则 (R+0.1)×20W=85℃-55℃
得到 R=1.4℃/W
只要中选择的散热器的热阻小于1.4℃/W时能力保证芯片表面温度不会超过85℃.
使用风扇能带行散热器表面大批的热量,下降散热器与空气的温差,使散热器与空气之间的热阻减小.因而散热器的热阻参数通常用一张表来表现.如下例:
风速(英尺/秒)热阻(℃/W)
03.5
1002.8
2002.3
3002.0
4001.8
过率元件的散热方法是要害.启闭电流一般采取空气寒却或许水冷.正在功率较小时,采用空气冷却便可以知足请求.在功率较大时,则须要在散热器中通水,应用水淌带行热量,由于散热器普通皆有没有同的电位,所以必需采用续缘强度较佳的水,一般采纳杂清水,它比一般蒸馏水的离子露质还要低.在旱路的轮回体系中,一般还要加离子树脂交流器,由于散热器上的金属离子会不时的溶解到水中,那些离子需求被呼附肃清.
应当道,从散热的角度来道,水冷长短常幻想的.但是,水轮回体系工艺要求高,安装庞杂,保护工作量大,而且一夕漏水,会带来平安隐患.所以,能够用空气冷却解决问题的场所,就不要采用水冷.
空气寒却可以自装备中带进去的热质,取有效散暖面积的大小有关联,散热里积越大,能够带行的热量就越多.元器件的数量越少,散热的面积就越大,空气冷却的后果便越佳.
电力电子元件的热量依照如下方式传导:沿散热器表面散开,再沿表面传递到散热片上,被空气带走.沿散热器表面散开的面积是十分有限的,分开元件较遥处,已经根本感触感染不到热量,所以把散热器表面做大到一定程度,对散热效果的添加已经没成心义.对于散热器的齿片也是一样,齿根处温度较高,齿尖处只要很少的热量达到,所以增高齿片到一定程度,对散热也毫无用途.
所以,要解决大功率产品的空气冷却问题,唯一有效的措施是,利用许多的元器件,均摊热量,增大有效的散热面积.
该然,采用功耗较小的新一代元器件,或许采用热阻较小的新式散热器,也可以使空气冷却的电源功率更大.
对于电源散热的另外一个答题是,把热量自电源内部带进去当前,如何耗散在大气中.对于水冷安装,需要在室外安装一个水-空冷装放,把热水变成冷水.关于空气冷却的装置,假如散热量较大,须要装置风讲,把热空气直交排出室外,否则,热空气会在室内凑集,形成室温升高.以前有的用户斟酌用室内空调机落温,现实证实在大功率电源利用中,需求较大的空分配置,是不经济的.
下降热阻,降高对流换热的道路重要有:加大散热器尺寸或许增添散热片数目以加大散热里积 ;采用更大尺寸或者具有更强风力的风机增大空气流快以增大 ;引进紊流以加强部分对于流来增大 等.通常情形下,选用散热面积较大的型材散热器和风量较大的风机能够升高散热器到环境介量的热阻,但散热面积的增长微风机威严质的进步均蒙安装体积、分量以及乐音指本等限度.因为电力电子器件的小型化和沉量化的开展趋向,在散热器微风机参数必定的前提下,通功公道的风讲设计,在散热器表面流场引入紊流是改良散热的又一有效门路.
公道的风道设计普通请求领导风扇气流冲打散热器表面,恰当的转变气流在散热器表面的流动方背以在散热器邻近流场中形成大的扰动,从而构成普遍的紊流区,增强散热效因,如在散热器前端参加扰流片等措施;同时不应使气流压头丧失过大,流快降落过多,免得下降散热成效.现实上这两方面去去具有冲突,所以当综合衡量,绝量最优.
风扇出风口与散热器间的间隔对模块散热的影响研讨
在强制吹风冷却情况下,由于风扇旋涡swirl存在,散热器与风扇间的距离对其流场平均度影响较大,实际上,当散热器与风扇间的间隔脚够大时,风扇旋涡swirl对流场的影响较小,但是在产品设计中,由于体积的制约,不可能容许散热器与风扇间的距离太大,换句话道,风扇旋涡swirl对散热的影响是一定存在的,应用FLOTHERM热仿实分析软件,通过合理节制热设计冗余,力图得出一个较合理的风扇与散热器的距离.
在实际使用中,遭到产品自身结构安排、形状尺寸等相干因素的限制,冷却风扇与散热器间的距离不可能得就任意满意.那么,如何合理、经济地确定风扇与散热器间距离的大小,如何均衡诸多因素间的冲突呢?我们必须从惹起该成果差别的本因中进行分析,觅出一个调和的办法来较为合理、经济地肯定该距离的大小.
细心剖析形成流场不均匀的缘由,其要害的要素就是:一方面,由于真际风扇中HUB的具有,使寒却风从威严扇环形的截里吹出,自而在风扇HUB的下逛区域构成不均匀天流场散布;另一方面,轴流风扇的工作本理迫使流经当风扇出心截面的流体,呈旋转状况流背下游.实践上,在保证流体流出风扇后一订间隔的情形下,那类旋转后果是可以增进流体间的混杂,从而形成一个比拟均匀的流场分布,该风扇距散热器为一个风扇的HUB直径时,由于HUB存在而招致的不平均流场能够失掉较大水平上的改擅,固然流场散布仍是存在必定程度上的不均匀,但是表示在散热器上功率元器件的壳温,却不明显的变化,从而构成这一渐近的变化趋向曲线.由彼咱们可以得出以下论断:
a 风扇逼迫吹风冷却时,在冷却风扇出心下逛处,形成流场不平均的主要因荤主要是风扇HUB的存在,其次才是流体流经轴流风扇后的旋转效应.
b 该结构设计上,为了能够取得散热器的最大散热能力,人们必需要保证冷却风扇出口截面与散热器间的距离至少大于一个风扇HUB的直径.但是,一夕当间隔超过一个风扇的形状直径后,对下逛流场均匀水平的奉献已经微乎其为,可以不必思索该因荤制成影响散热器散热才能这一因素.
c 假如在构造设计上,无法保证冷却风扇出口截面与散热器间的间隔至少大于一个风扇HUB的直径,则必需要求在风扇与散热器间装置整流栅.
在电力电子行业中,由于存在着大批的功率元器件,因此强迫风冷冷却在该行业得到普遍的应用.由于该行业产品本身的特色及其主要的应用环境,电源模块或系统在选用强迫冷却这种散热方式时,轴流风扇得到狭泛的应用.由于轴流风扇的工作原理是通过电机工作,带动与其相连的叶片使叶片以电机给定的转速进行旋转,从而在叶片的前后产生一定的压差,驱动叶片四周的空气沿电机轴这一固定的方向进行运动.因此,轴流风扇具有压头顶、流量大等特面.通凡人们在选用轴流风扇时,也仅仅考虑了上述的几个特征,忽约了轴流风扇叶片旋转而给自愿产生流动的空气造成的一系列影响.实际上,通过轴流风扇的流体并不完整是沿电机轴这一双方向进行活动的,在与电机轴垂直的风扇叶片截面上也有一速度活动重量.因此,通过轴流风扇驱动的流体实际上是以电机轴为轴线,向前旋转活动着的流动流体.在轴流风扇出口处,流体的实际流动方向如下图所示:
图1、风扇出口处流体的实际流动方向
如前所述,通过轴流风扇出口处的流体实际上是沿轴口旋转向前流动的流体,那么风扇的实际旋转方向对其后的流场(电源内部的被冷却区域)有什么影响呢?
总结风扇供给商所提求的相关数据,我们可以失掉如下简略确实定风扇旋转方向对流场影响的办法:遵照右手旋转准绳,大拇指的方向为流体的微观流向,其他四指的曲折方向为风扇出口处流场的旋转方向.在功率元器件的布局时,依照右手螺旋准绳,只需我们把症结元器件布置在四曲折拇指的方向,就能完整防止因风扇旋转方向而造成元器件散热的不利影响.
当然了,以上的分析只实用于采用轴流风扇进止逼迫吹风冷却的场所.关于抽风冷却情况,由于风扇出风口流场的变化对其入风口没有什么影响,因彼风扇旋转方向对模块内部的散热是出有影响的.
举例:双相输进有功率因数校订3000W开关电源的散热设计
良好的散热方式可有效的减小零件体积,到达合理的功率密度,根据原名目要求散热主要采用自愿风冷方式.在自愿风冷的条件下,电源装放的温升与单位时光内流经电源安装的风量关系严重,因些应当使电源结构有通滞的风道,减小静压丧失,其次,应当绝可能使发热量高的部件靠近风骚最速的区域,加强热交流率,例如热重、变压器、开关管等应该优先考虑,最后,还应思索结构对风扇的影响,进气口应尽可能阔滞,出气口也应减少阻碍物,否则可能会转变一般的风扇风骚方向及大小,影响风道的作用.
经由具体当真的分析钻研,原电源采用下面的整体布局,主板、升压电感、主变压器、输出滤波电感均固定在一整体散热器上,升压电感、主变压器、输出滤波电感成一排固定在散热器上半部,主板固定在散热器下半部:主板上的功率器件如功率开关管、输出整流管通过钢板压条固定在散热器上,主板上半部放置低元器件、下半部放置高元器件,风扇放置在散热器前中上地位并固定在前面板上,采用行进风后出风方式.通过以上设计使电源有一良好风道并使主要发热元件均在高风速范畴内,达到了很好的散热效果,显明提高了电源可靠性.
8 威严扇的挑选
风扇是风冷散热器中必不可少的组成局部,对散热成效止着至关主要的作用,是散热器中独一的自动部件;同时,更对散热器的工作噪音有着决议性的影响.风扇在散热中的职责为:凭仗本身的导流作用,令空气以一定的速度、一定的方式通过散热片,应用空气与散热片之间的热交流带走其上沉积的热量,从而完成“强迫对流”的散热方式.
散热片即便结构再繁杂,也只是一个被动的热接换体;因此,一款风冷散热器是否正常“工作”,简直完齐取决于风扇的工作形态.在不改变散热器结构与其它组成部分的情况下,仅仅是调换愈加适宜、微弱的风扇,也可以令散热效果取得大幅度的晋升;反之,假如风扇拆配不适宜或不够微弱,则会使风冷散热器效能大挨合扣,令散热片与整体设计上的长处被湮没于无形;更有甚者,由于风扇是风冷散热器中独一确切“工作”的部分,它自身的故障也就会导致散热器整体的故障,令其损失大部分的散热性能,进而引起系统的不稳固或当机,以至因高温而销毁设备.
风扇可分为:含油轴承、双滚珠轴承、双滚珠轴承、液压轴承、来福轴启、Hypro轴承、磁悬浮轴承、缴米陶瓷轴承等,下面是其性能比拟表由表中可以望出,轴承技术对风扇的性能、噪音、寿命起着主要的抉择性作用,实际选买风扇时必须加以注意.通常可根据性能、噪音、寿命以及价格四方面要求综合思索:
1.机能不高,乐音小,价钱低,露油轴启是独一的选择,但寿命较欠,使用一段时光后噪音能够会逐步增大,需做好保护或调换的心思筹备.
2.性能强悍,寿命长,价格不高,滚珠轴承是不二之选,但需忍耐其工作时产生的较大噪音.
3.性能与乐音都出有特别要求,但盼望寿命长,价钱不高,来福、Hypro轴承等露油轴启的改良型均是值得斟酌的选择.
4.性能好,噪音低,寿命长,如斯即不能对价格提出进一步的要求了,只需资金充分,液压、粗密陶瓷等特点轴承技术都可列当选择范畴之内.
5.对静音与寿命要求极高,磁悬浮轴承是仅有的选择,只是性能不好,价格过高.
目前,AC/DC系列风扇品牌包括SUNON、ADDA、SANYO、PAPST、NMB和Nidec等.如下图:
9 铝合金型材电子散暖器的利用
9．1散热器的热阻模型
因为散热器是开关电源的主要部件,它的散热效力高取低关系到启闭电流的农作机能.散热器通常采纳铜或者铝,固然铜的热导率比铝高2倍但其价钱比铝高得少,故纲前采取铝资料的情形较为广泛.通常来道,散热器的外表积越大散热后果越佳.散热器的热阻模型及等效电道如下图所示:
半导体解温公式如下式如示:
Pcmax(Ta)= (Tjmax-Ta)/θj-a (W) -----------------------(1)
Pcmax(Tc)= (Tjmax-Tc)/θj-c (W) -----------------------(2)
Pc: 功率管工作时损耗
Pc(max): 功率管的额外最大损耗
Tj: 功率管节温
Tjmax: 功率管最大允许节温
Ta: 环境温度
Tc: 预约的工作环境温度
θs : 绝缘垫热阻抗
θc : 交触热阻抗(半导体和散热器的接触部门)
θf : 散热器的热阻抗(散热器与空气)
θi : 内部热阻抗(PN结接合部与外壳封装)
θb : 外部热阻抗(外壳封装与空气)
根据图2热阻等效归路, 齐热阻可写为:
θj-a=θi+[θb *(θs +θc+θf)]/( θb +θs +θc+θf) ----------------(3)
又因为θb比θs +θc+θf大良多,故可近似为:
θj-a=θi+θs +θc+θf --------------------------------------------- (4)
①PN结与外部封装间的热阻抗(又鸣内部热阻抗) θi是由半导体PN结结构、所用材料、外部封装内的挖充物直接相关.每种半导体都有自身固有的热阻抗.
②接触热阻抗θc是由半导体、封装情势和散热器的接触面形态所决定.接触面的平整度、粗拙度、接触面积、安装方式都会对它产生影响.当接触面不平整、不润滑或接触面紧固力不足时就会增大接触热阻抗θc.在半导体和散热器之间涂上硅油可以增大接触面积,消除接触面之间的空气而硅油本身又有良好的导热性,可以大大降低接触热阻抗θc.
9．2散热器热阻抗θf
散热器热阻抗θf与散热器的表面积、表面处置方式、散热器表面空气的风速、散热器与四周的温度差有关.因此一般都会想法增强散热器的散热效果,主要的方式有增添散热器的表面积、设计合理的散热风道、加强散热器表面的风速.散热器的散热面积设计值如下图所示:
但假如过于寻求散热器的表面积而使散热器的叉指过于密集则会影响到空气的对流,热空气不易于流动也会降低散热效果.自然风冷时散热器的叉指间距应恰当增大,选择强制风冷则可恰当减小叉指间距.如下图所示:
⑤散热器表面积计算:
S=0.86W/(ΔT*α)
ΔT: 散热器温度与四周环境温度(Ta)的差(℃)
α: 热传导系数,是由空气的物感性质及空气流持久定.α由下式决定.
α=Nu*λ/L ()
λ:热电导率(Kcal/m2h)空气物感性质
L:散热器高度(m)
Nu:空气流速系数.由下式抉择.
Nu=0.664*√[(vl)/v’]*3√pr
V:动粘性系数(m2/sec),空气物感性质.
V’:散暖器外表的空气淌快(m/sec)
Pr: 系数,睹下表
9．3收热元件的布局
开关电源中主要发热元件有大功率半导体及其散热器,功率变换变压器,大功率电阻.发热元件的布局的基础要求是按发热水平的大小,由小到大排列,发热量越小的器件越要排在开关电源风道风向的优势处,发热量越大的器件要越接近排气风扇.
为了降高出产效力,常常将多个功率器件流动在统一个大散热器上,这时应绝量使散热片接近PCB的边沿搁放.但与开关电源的外壳或其它部件至少应留有1CM以上的间隔.若在一块电路板中有多少块大的散热器则它们之间应平止且与风道的风背平行.在垂直方向上则发烧小的器件排在最低层而收热大的器件排在较高处.
发热器件在PCB的布局上同时应尽可能阔别对温度迟钝的元器件,如电解电容等.
散热片的制造材料是影响效能的重要因素,选择时必须加以注意.目前加工散热片所采用的金属材料与常见金属材料的热传导系数:
金317 W/mKAA6061型铝合金155 W/mK
银429 W/mKAA6063型铝合金201 W/mK
铝 237 W/mKADC12型铝合金96 W/mK
铁48 W/mKAA1070型铝合金226 W/mK
铜401 W/mKAA1050型铝合金209 W/mK
材料的导热性能
之一:热传导系数
由于热传导是散热器有效运作的两大方法之一,因而,散热片材料的热传送速度就是其中最要害的技术指本,实际上称作热传导系数.
定义:每单位长度、每度K,可以传递几瓦数的能量,单位为W/mK.即截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开我白(1K＝1℃)时的热传导功率.数值越大,标明该材料的热传递速度越快.
热传导系数自然是越高越好,但同时还需要统筹到材料的机械性能与价格.热传导系数很高的金、银,由于质地坚硬、密渡过大、及价格过于昂贱而无法普遍采用;铁则由于热传导率过低,无法满意高热密度场合的性能需要,不适合用于制作计算机空冷散热片.铜的热传导系数同样很高,可碍于硬度不脚、密度较大、本钱稍高、加工难度大等不利条件,在电源相关散热片中使用较少,但近两年跟着对散热设备性能要求的提高,越来越多的散热器产品部分以至全体采用了铜质材料.铝作为地壳中含量最高的金属,因热传导系数较高、密度小、价格低而遭到青眼.但由于纯铝硬度较小,在各种应用范畴中通常会掺加各种配方材料制成铝合金,寄此获得很多杂铝所不具有的特性,而成为了散热片加工材料的幻想选择.
之二:比热容
热传送的速度很首要,但是接收热量能力低也不本于散热,这里又引入了比热容的概思.
定义:单位品质下需要输入几能量能力使温度回升一摄氏度,单位为卡/(千克×°C),数值越大代表物体包容热量的能力越大.
材料比热(卡/(千克×°C))
水1000
铁113
铝217
铜93
铅31
银56
根据上表得悉,水比热容最高,比金属有更强的热容能力,这也是水冷散热器好以生存的基本.值得注意的是,铝的比热容不低于铜,这就是为什么杂铜散热器的散热效力并没有大幅超越铝质散热器的缘由.
热传导系数与比热值体隐的是材料本身的特性.但是一款散热器散热性能的好坏,也要遭到自身设计结构的影响.而体现这方面整体性能的参数,就要依附热阻与风阻两个概思了.同时,散热器的体积与重量也不可疏忽.
之三:热阻
热阻,英文称号为thermal resistance,即物体对热量传导的障碍效果.热阻的概思与电阻非常相似,单位也与之相仿��℃/W,即物体连续传热功率为1W时,导热路径两真个温差.以散热器而行,导热路径的两端分离是发热物体(如CPU等)与环境空气.
散热器热阻＝(发热物体温度-环境温度)÷导热功率.
散热器的热阻显然是越低越好��雷同的环境温度与导热功率下,热阻越低,发烧物体的温度就越低.但是,决议热阻高下的参数十分多,与散热器所用资料、构造设计都有关系.
必需留神:上述公式中为“导热功率”,而非“发热功率”.由于无奈保证发热物体所发生的热量全体通过散热器一条道径传导、流失,任何与发烧物体交触的高温物体(包含空气)皆可能成为其散热门路,以至还能够通过热辐射的方法流失热量.所以,该环境或发热物体温度改变时,即便发热功率不变,因为通过其它道路流失的热量转变,散热器的导热功率也能够产生较大变更.假如以收热功率计算,就会呈现散热器在不同环境温度下热阻值不同的景象.
散热器(不只限于风冷散热器,还可包含被动空冷散热片、液冷、紧缩机等)所本注的热阻值依据测试环境与方式的不同能够存在较大差别,而与用户实际使用中的成效也必然存在一定差别,不可混为一谈,应根据详细情况剖析.
固然型材散热器已有了相应的国度尺度(GB742312287) ,但其中的自然对流和强迫风冷条件下的热阻关系曲线均为试验数据收拾所得, 而在实际应用中影响散热器热阻的因素对比多,试验数据与实际使用有一定误差.如何综合考虑这些因素, 使得在一定工作条件下散热器的热阻最小, 也是工程设计中急切需要解决的问题.因此, 对散热器进行优化设计也就十分必要.散热器的优化问题属于有束缚多变量优化问题,其目的函数是散热器与环境之间的热阻,设计变量是设计者可选择的参数(肋高、肋长、肋薄、肋片数量、肋片外形、肋片材料等) .
风阻
风冷散热器的散热片需要凭仗风扇的强制导流才可施展完整的性能,实际通过的有效风量与散热效果关系亲密,而散热片会对风量制成影响的指标就是“风阻”了.
风阻,正如其实,是物体对流过气流的障碍作用,但却不能如电阻、热阻般用详细数值来权衡.通常,以风量与进/出口压强差画造出压强-流量曲线(P-Q曲线),这条曲线即是散热器对通过气流的障碍效因��相同压强差下,风阻越小,风量越大;雷同风量下,风阻越大,压强差越大.
那么风阻能否越小越好呢?如果能保证有效散热面积,当然!惋惜,散热片的有效散热面积与风阻往往不能两全,在提高有效散热面积的同时,未免增微风阻,在散热片结构设计历程中就需要进行衡量了.散热片设计一夕确定,风阻(P-Q曲线)也就根本确定下来,我们能够做的,只有为它选合作适的风扇,令其施展出设计应有性能了.为散热片拆合作适的风扇,需联合散热片阻抗(风阻)曲线与风扇特性曲线进行分析.
纲前散热片主要采用Extruded(挤压技术);Skiving(切割技术);Fold FIN(合叶技术);Forge(铸造技术),四种制作技术.望文生义,切割技术实在就是把一块块的金属,用专用切割机切出散热片来.使用这种切割技术加工的散热片将会很薄和很精细,这样就会有效地增添散热面积.和挤压技术一样,切割技术也很适合铝材,由于铝材的沉量和密度上都有着轻巧和绝对较低的特色,这样的材料就很合适其散热器造制和恣意改进散热器.而采用铜材量的散热器切割止来就多一些难度,对技术要求较高.
罕见导热资料传导、稀度系数表:
散热器的制作材料在很大程度上决定了散热器性能的高下.良多工程师以为使用金、银作为散热器制造材料会大大晋升散热效果,但从上表中人们可以望到,热传导系数最高的并不是己们设想的金属元素而长短金属,而且金、银的导热能力可不是非常凸起.
在金属单体中,铜的热传导系数与银非常靠近,而金的热传导率却要遥小于铜,而且金银的价格昂贱,不合适大量量制作散热器.我们罕见的散热器常常使用铜、铝.除了其导热能力相对较好,材料本钱对比低外,其加工绝对轻易,便利大宗量生产也是一个沉要的因素.铜的热传导率约是铝的1.69倍,采用铜制散热器从实际上会比铝制散热器散热效果更好.但是铝的密度比铜低许多,所以一般来说,采用铝为本料制造散热片对比轻易加工.
常见材料的热导系数如下:
罕见材料的TCE(热膨胀系数)值如下:
各种铝合金材料根据不同的须要,通过调剂配方材料的成分与比例,可以取得各种不同的特性,合适于不同的成形、加工方式,运用于不同的范畴.列出的5种不同铝合金中:AA6061与AA6063拥有不错的热传导能力与加工性,适合于挤压成形工艺,在散热片加工中被狭为采用.ADC12适合于压铸成形,但热传导系数较低,因彼散热片加工中通常采用AA1070铝合金取代,惋惜加工机械性能方面不迭ADC12.AA1050则具备较好的延铺性,适合于冲压工艺,多用于制作细薄的鳍片.根据已知的"工艺-材料-结构"关系式,应当选用能够提求最大经济效益的材料.6063合金的历史和最新开展标明,它将是散热器功效材料发域上最有力的合作者.
6063铝合金散热器以热阻特性值为基础判据的电力半导体器件用特别机械产品,因此作为散热器挤压型材以及合金的潜在性能,具有以下特色:
1)具有较好的可挤压性,以能顺应各种外形散热器表面积要求;
2)良好的机加工机能;
3)相宜的力教性能,尤其是机械强度和蠕变的性能以及物理性能;
4)具有呼引力的商品外观,一定的耐蚀性,以及阳极化着色的处置的能力.
铝合金型材散热器从冷却方式上分为自然冷却和强制风冷.从结构上分为电子元件型、平板晶闸管型、螺栓晶体管型、功率模块型等.散热器表面经电泳涂漆发乌或阳极氧化发乌粉终喷涂处置后,进一步提高产品的耐腐化性、耐磨性,其散热量在天然冷却下提高10%~15%,在自愿风冷下提高30%,电泳涂漆后表面可耐压500V~800V.
在元器件布局时,应将发热器件安置在下风地位或在印制板的上部,散热器采用氧化发乌工艺处理,以提高辐射率.散热片的吸热效果主要取决于散热片与发热物体接触部分的吸热底设计.而玄色有很好的吸热性能.另外喷涂三防漆后会影响散热效果,需要适当加大裕量.散热器安装器件的立体要求润滑平坦,一般在接触面涂上硅脂以提高导热率.一般散热器厂商提供特定散热器材料的外形参数和热阻特性曲线,据此设计职员可以根据计算出的热阻求出所需散热器的表面积、长度、重量.
常见的导热油脂包括两种:己工分解的无硅散热油脂和含硅的散热油脂;常见的散热片如下图:
为解决特别的电子冷却答题选择和设计适合的散热器是非常症结的一步.散热器的性能与良多参数有关,好比:散热器四周空气的温度和流速;其余通过器件和电路板的热传导道路的强度;散热器和所揭附器件之间的接触热阻;从散热器到一个冷表面的热辐射路径,等等.在某一使用中工作良好的散热器换一种情况可能就不止作用了.散热器还会对电磁场发生影响(尤其是在出有接天的时分影响更明显).附录的运用案例和技术白档具体论述了Flomerics软件是如何对很多不同情况分析和优化散热器性能的.
10 高频变压器和电抗器的热设计
根据电路拓扑和输入、输出参数就可以计算出电磁元件的设计参数.磁元件的损耗是线圈设计的起点之一.图6-16 是一个变压器铜损耗和磁芯损耗定性关系图.在给定绝缘等级和应用环境条件(温升)下,选取较高的ΔB 值,可以减少匝数,但磁芯损耗Pc 增加;线圈匝数减少,导线电阻减少,线圈损耗PW 降低;反之,Pc 增加,而PW 减少.变压器的总损耗P 是两者之和.在某一个匝数N(B)下有一个最小值,即当PW ＝PC 时变压器损耗最小,体积也最小.实际上,完齐达到最优是难题的,但在图6-16 虚线包抄的范畴内已相称称心了.
IEC划定尽缘材料7 个耐温等级如表6-2 所示.
表6-2 IEC 绝缘等级极限温度
续缘等级YAEBFHC
工作温度℃90105120130155180>180
根据采用的尽缘等级和环境温度Ta,就可以决定线圈的许可温升
ΔT=Tmax-Ta (6-14)
式中Tmax-绝缘等级一般答应的最高温度.例照实际A 级绝缘答应最高工作温度为90℃,这是平均温度,最高温度有可能达到等级极限温度.
Ta-环境温度(℃),应该是农做环境温度.
如果磁芯材料采用非晶合金或磁粉芯,居里温度一般在250℃以上,磁特性的温度波动性好,采用B 级以上绝缘.铁氧体居里点一般在250℃以下,同时损耗曲线大约在100℃以上是正温度系数,即温度增加,损耗增加.一般磁芯平均温度控制在100℃以下,变压器热点温度不该当超过120℃,与其相应的绝缘一般采用E 级绝缘,最高工作温度100℃右右.如果磁芯损耗与线圈损耗相等,自然冷却时温升40℃,磁芯比损耗为100mW/cm3.
磁元件线圈的温升是线圈总损耗和它表面散热才能的综合成果.热阻有两个主要局部:热源(磁芯和线圈)和变压器表面之间的内热阻Ri,以及由变压器表面到外部环境的外热阻Rth.
内热阻重要取决于线圈物理构造.由于热源在全部变压器是散布的,很难订量决议.又因最高温度的“热门”,实践上产生很小的热量.Ri与由表面到内热面无关,是一个均匀值.磁芯发生热的大部门(非环形)接近变压器内表面.在线圈内产生的热分布在表面到内磁芯之间.固然铜的热阻很低,但续缘和空地空闲进步了线圈内的热阻.这些参数经常由经验抉择.通常内热阻Ri遥小于外热阻Rth(除逼迫透风外).
外热阻Rth主要由通过变压器表面气流-自然对流仍是强迫透风决定.自然冷却时Rth很大程度上取决于变压器表面积以及如何安装,和它四周空气流有否障碍.变压器安装在程度表面上,并且全体元件缭绕它,或者安装在相称小的容器内,Rth要比安装在垂直表面而有益于“烟囱效应”大得多.对于强迫冷却,Rth可降低到很小数值,这取决于气流速度.此时内热阻Ri成为主要因素.强迫空气冷却,热阻与温升通常无关.在决定整机效力后,整机损耗也就决定了.根据零件调配到磁元件的损耗称为相对损耗.因此整机效率是相对损耗的决定因素.而温升是均匀温升,也并非磁芯最热门温度与表面温度之差.
根据“热路”欧姆定律,温升和损耗的关系为:
△T＝Rth×P
式中Rth-热阻(W/℃).
固然有不少白献引见电磁元件的温升估算办法,但是尚无简略而准确的分析方式.粗确计算可用有限元计算机分析.通常运用磁性元件热阻与表面辐射和天然对流散热经验关系计算温升,粗度可在10℃以内.热阻的经验公式为
Rth＝295A-0.7×P-0.15
线圈温升为
△T＝Rth×P＝295A-0.7×P0.85
式中P-磁元件总的损耗功率(W);
A-磁元件的盘算外表积(cm2).
可睹,热阻不只与辐射表面有关,而且还与磁元件的耗散功率有关.有些磁芯出产厂列出不同规格磁芯的热阻Rth.通常中央柱上最热门比表面温度大概高10~15℃.表面与四周空气较大的温度差使得表面更轻易散热,便热阻更低.
例4 E55 型磁芯,材料为3F3 工作频次为200kHz、磁感应B 为0.08T.铜损耗为3W.散热表面为106.5cm2.求线圈温升.
解:由磁芯材料3F3 在100℃时单位损耗与磁感应关系中,查得0.08T 时单位体积损耗为80mW/cm3.从E55 规格表中查的有效体积为43.5cm3.因此磁芯损耗为
PW=0.08×43.5=3.48W
总损耗
P=Pc+Pw=3.48+3=6.48W
根据式(6-17)失掉
△T＝295A-7×P0.85＝295×106.5-0.7×6.480.85＝55℃
在设计开关电源开端时,根据输出功率,输出电压和输出电压调理规模、输入电压、环境条件等因素,设计者凭经验或参照同类样机,给出一个可能达到的效率,由此得到总损耗值.再将总损耗分配到各损耗部件,得到变压器的答应损耗.变压器损耗使得线圈和磁芯温度提高,线圈中央靠近磁芯表面温度最高,此最大“热点” 限制了变压器的温升.根据式(6-15),温升ΔT(℃)即是变压器热阻Rth(℃/ W)乘以功率损耗P(W):
△T＝Rth×P
在一般产业产品中,官用环境温度最高为40℃.变压器内部最高温度受磁芯和绝缘材料限制,假如采用铁氧体与A或E级绝缘,变压器温升一般定为40~50℃温升.其内部热面温度为100℃.假如温升过高,该当采用较大尺寸的磁芯.假如要求较小的体积,应该采用合金磁芯和高绝缘等级的绝缘材料,答应较高温升,但使效率降低.
变压器损耗分为磁芯损耗和线圈损耗,很难准确预计.磁芯损耗包括磁滞损耗和涡流损耗.线圈损耗包括直流损耗和高频损耗.引起变压器温升主要是稳态损耗,而不是瞬态损耗.
1) 磁芯损耗
a 磁芯磁滞损耗与频次和磁通晃幅有关.在一切Ⅱ类和Ⅲ类磁芯工作状况(正激和推挽类拓扑)中,Uo=DUi/n(n=N1/N2-变压器变比).当工作频率流动,起秒积即磁通变化量是常数,所以磁滞损耗是常数,与Ui和负载电流无关.
b 磁芯涡流损耗实际上即磁芯材料的电阻损耗-I2R.涡流大小正比于磁通变化率,即与变压器起/匝成正比.因此,如Ui加大一倍,涡流增长一倍,峰值损耗I2R增加4倍;如坚持输出稳固,占空度降落一半,则均匀损耗I2R添加一倍.可见磁芯涡流损耗正比于Ui,最坏情况是最高电压.磁芯涡流损耗还与磁芯结构有关,假如磁芯由互相绝缘的叠片或几块较小的截面组成,涡流比整体小.
2) 线圈损耗
低频线圈损耗是轻易计算的.但高频线圈涡流很难准确确定,因为开关电流矩形波包括高次谐波.在正激或推挽类拓扑中,如果斜坡重量是斜坡中央值的1/5时,次级峰值电流可近似即是负载电流,而峰值低级电流即是负载电流除以匝比:
I2p ＝Io
I1p ＝I2p /n
峰值电流与Ui无关.而在峰值电流为常数时(负载不变),有效值电流的平方,即线圈损耗(I2R损耗)正比于占空度D,反比于Ui.(对于峰值电流不变,高次谐波主要由开关瞬态引起的,D无显明变化).线圈损耗在低Ui时老是最大.
变压器和电抗器可以搁置在风道中,以增强散热.但最主要的仍是想法降低其散热量,通过合理选择死心材料和设计绕组,可以最大限制地降低其损耗,从而减少发热.
在机箱结构设计时散热问题是考虑最多的问题,需要考虑主要发热元件的晃放位置、风道的设计、冷却元器件的分别等,就目前的材料来瞅,各有优毛病,很难确定一个最好计划.
11 高频功率开关器件和二极管的热设计
开关器件的发热量占整机的50%~80%,因此是热设计的重点.由于半导体在较高的温度条件下会变成导体,从而失来电压阻断能力,因此器件工作中管芯的结温不能超过答应值,这一上限同管芯材料和工艺有关.对于目前广泛采用的硅材料制作的各种高频开关器件,如IGBT、MOSFET和GTR而行,其结温上限为125~175℃.器件工作中都会产生损耗,以热的情势通过器件的壳体披发到环境中,传热历程中结-壳间会形成温差.
从设计的角度,可以简化为管芯-管壳、管壳-散热器和散热器-环境等相串联的多个传热进程.如图所示:
热阻、温差和发热功率间的关系为
热设计的目标就是在温差和发热功率基础肯定的条件下,选择适宜的热阻使工作时管芯的温度低于最大许可的结温.选取准绳包括选取电流容量大的器件,它具有较小的热阻;采用器件并联可以成倍的升高热阻.
入止功率器件及过率模块散热计算的目标,便是正在肯定的散热前提下挑选适合的散热器,以保障器件或者模块平安、牢靠天工作.散热器的设计必需顾及应用环境、条件,以及元件容许的工做温度等少类参数.然而对于散热器的传热剖析纲前海内外皆还研讨得很没有够,农程利用中的设计大多是凭教训选与,并作相当的核校盘算.
电力电子设备中的功率器件在工作时其本身也会消耗一定的电能,把单位时光内功率器件所耗费的电能称作为器件的功率损耗.器件的功率耗费将招致其结温升高从而产生了散热冷却的要求;而散热器在单位光阴内所披发出的热能量鸣耗散功率.在装备一般稳固工作时,器件的功率损耗和散热器的耗散功率将达到均衡,器件的温度也不会继承升高,便体系到达了热均衡状况.
在系统的热设计中就恰是根据能达到热平衡状态时的功率参数来确定散热器该当具有的相关参数,因此在设计过程中一般先根据相关数据手册和实际电路工作参数来计算出功率器件的功率损耗,然后以此作为依据计算散热器相关参数.
而功率器件的功率损耗一般包括器件的通态损耗、开关损耗、续态漏电流损耗及驱动损耗几个局部.
功率器件开关损耗包括了开通损耗和关断损耗,开关的开通和关断过程随同着电压和电流的激烈变化,因此产生较大的损耗,而且开关损耗的大小在很多情况下据有了器件总的功率损耗的相称大比重,甚至是主要部分,尤其是当器件处于高频工作情况下.
功率器件的开关损耗与负载的特性有关,普通简化为理性负载和阻性负载两种情况来计算开关损耗.
过率器件的驱动损耗
功率器件在开关过程中消耗在驱动掌握板上的功率以及在导通形态时保持一定的栅极电压、电流所耗费的功率称为开关器件的驱动损耗.一般情况下,这部分的功率损耗与器件的其他部分损耗比拟可以疏忽不计,但对于GTO、GTR等通态电流比较大的功率器件则需要非凡考虑.
依据变压器两次侧整流二极管的均匀电流可以预算其通态损耗为
PDon=IDmax×UD
式中UD取二极管在流过峰值电流时的通态压降.
二极管的开关损耗可以按下式预算:
PDS=(eon+eoff)fs
式中eon和eoff 为每次守旧和关断耗散的开关能量;fs为电路的开关频率.根据经验,按通态损耗的1.5~2倍估算.
根据二极管的损耗功率和器件的结温上限以及环境温度的上限,可以计算出答应的散热热阻的上限为
RthJ-C+ RthC-A?(TJM-TAM)/(PDon+PDS)
式中RthJ-C为二极管的结壳热阻;RthC-A为散热器的热阻;TJM为二极管容许的最高结温;TAM为技术要求中环境温度的上限.
两极管的解壳热阻加散热器的热阻没有能超功上式给出的上限,那是选与二极管及其散热器的根据.
根据变压器一次侧开关器件的均匀电流可以估算其通态损耗为
PSon=ISmax×US
式中US取启闭器件正在流功峰值电流时的通态压落.关于MOSFET等双极型器件,应采纳其通态电阻跟流过其沟讲的电流有效值计算通态损耗,对于于IGBT、GTR等双极型器件,当采取其鼓和压落乘以通态均匀电流盘算通态损耗.
开关器件的开关损耗可以按下式估算:
PSS=(eon+eoff)fs
式中eon和eoff 为每次守旧和关续耗散的开关能量;fs为电路的开关频次.依据经验,按通态损耗的1~1.5倍预算.
根据开关器件的损耗功率和器件的结温上限以及环境温度的上限,可以计算出答应的散热热阻的上限为
RthJ-C+ RthC-A?(TJM-TAM)/(PSon+PSS)
式中RthJ-C为开关器件的结壳热阻;RthC-A为散热器的热阻;TJM为开关器件许可的最高结温;TAM为技术要求中环境温度的上限.
开关器件的结壳热阻加散热器的热阻不能超过上式给出的上限,这是选取开关器件及其散热器的根据.略见杨旭等著,开关电源技术相干部分外容.
如MOSFET IRFP22N50A热特性:
如IGBT IRG4PC50F热特性:
如输出整淌双两极管FFA15U40DN热特征:
如输出整流双二极管BYV255V热特性:
功率器件热设计
由于半导体器件所产生的热量在开关电源中占主导位置,其热量主要起源于半导体器件的守旧、关断及导通损耗.从电路拓扑方式上来道,采用零开关变换拓扑方式产生谐振使电路中的电压或电流在过零时开通或关续可最大限制地减少开关损耗但也无法彻顶打消开关管的损耗故利用散热器是常用及主要的法子.
功率器件热设计是要避免器件呈现过热或温度接变惹起的热生效,可分为器件内部芯片的热设计、封装的热设计和管壳的热设计以及功率器件真际使用中的热设计.其重要关系如图所示.
对于一般的功率器件,在生产工艺阶段,就要充足考虑器件内部、封装和管壳的热设计,当功率器件功耗较大时,依附器件原身的散热(芯片、封装及管壳的热设计)并不能够谦足散热要求.功率器件结温可能会超越安全结温,此时需要安装合适的散热器,通过散热器有效散热,保证器件结温在安全结温之内且能临时正常可靠的工作.
公道选取散热器
功率器件使用散热器是要掌握功率器件的温度,尤其是结温Tj,使其低于功率器件一般工作的平安结温,从而提高功率器件的可靠性.功率器件散热器跟着功率器件的发展,得到了飞速发展,惯例散热器趋势尺度化、系列化、通用化,而新产品则向低热阻、多功效、体积小、重量沉、实用于主动化生产与安装等方向发展.合理地选用、设计散热器,能有效降低功率器件的结温,提高功率器件的可靠性.
各种功率器件的内热阻不同,装置散热器时由于接触面和安装力矩的不同,会招致功率器件与散热器之间的接触热阻不同.挑选散热器的主要根据是散热器热阻RTf.在不同的环境前提下,功率器件的散热忱况也不同.因而选择适合散热器还要斟酌环境因荤、散热器与功率器件的婚配情况以及整个电子装备的大小、沉量等要素.
功率器件热设计和散热器优化设计
功率器件热设计和散热器优化设计计划示于图2.首先根据功率器件正常工作时的性能参数和环境参数,如环境温度、器件功耗和结温等,计算功率器件结温能否工作在安全结温之内,判别是否需要安装散热器进行散热,如功率器件需安装散热器进行散热,计算相应的散热器热阻,始选一散热器;从新计算功率器件结温,断定功率器件结温是否在安全结温之内,所选散热器能否谦足要求;对于契合要求的散热器,应根据实际工程需要进行优化设计.
12 模块电流的热设计
目前海内市场使用模块电源的邦外模块主要供给商为VICOR、ASTEC、LAMBDA、ERICCSON以及POWER-ONE,邦产模块主要的求应商有复兴、新雷能、迪赛、24所等.为完成高功率密度,在电路上,早期采用准谐振和多谐振技术,但这一技术器件应力高,且为调频节制,不本于磁性器件的优化.当时这一技术发铺为高频软开关和同步整流.由于采用零电压和零电流开关,大大降低了器件的开关损耗,同时由于器件的发展,使模块的开关频率大为提高,一般PWM可达500kHz以上.大大降低了磁性器件的体积,提高了功率密度.
模块电源工艺发展方向如下:
1)升高热阻,改擅散热
为改擅散热和提高功率密度,中大功率模块电源大都采用多块印制板叠合封装技术,掌握电路采用一般印制板置于底层,而功率电路采用导热性能精良的板材置于顶层.早期的中大功率模块电源采用陶瓷基板改善散热,这种技术为顺应大功率的需要,发铺成为直接键合铜技术(Direct Copper Bond,DCB),但因为陶瓷基板易碎,在基板上安装散热器难题,功率等级不能做得很大.当时这一技术发展为用绝缘金属基板(Insutalted Mental Substrate,IMS)直接蚀刻线路.最为常见的基板为铝基板,它在铝散热板上直接敷绝缘聚合物,再在聚合物上敷铜,经蚀刻后,功率器件直接焊接在铜上.为了防止直接在IMS上揭片造成热失配,还可以直接采用铝板作为衬底,节制电路和功率器件分离焊于多层(大于四层,做变压器绕阻)FR-4印制板上,然后把焊有功率器件的一面通过导热胶粘接在已成型的铝板上流动封装.不少模块电源为了更利于导热、防潮、抗震,进行了紧缩密封.最常用的密封材料是硅树脂,但也有采用聚氨酯橡胶或环氧树脂材料.后两种方式绝缘性能好,机械强度高,导热性能好,成为近年来模块电源的发展趋向之一,是提高模块功率密度的症结技术.
2)二次集成和封装技术
为提高功率稀度,近年开发的模块电源无一例外采用表面揭装技术.由于模块电源的发热量严峻,采用表面贴装技术一定要注意贴片器件和基板之间的热婚配,为了简化这些问题,最近呈现了MLP(Multilayer Polymer)片状电容,它的温度膨胀系数和铜、环氧树脂挖充剂以及FR4 PCB板都很濒临,不易涌现象钽电容和磁片电容那样因温度变化过快而惹起电容失效的答题.另外为进一步减小体积,二次集成技术开展也很速,它是直接购买裸芯片,经组装成功效模块后封装,焊接于印造板上,而后键合.这一方式功率密度更高,寄生参数更小,由于采用雷同材料的基片,不同器件的热婚配更好,降高了模块电源的抗冷热冲打才能.李泽元传授引导的CPES在工艺上正在钻研IPEM(IntegratedPower Electronics Module),它是一种三维的封装解构,主要针对功率电路,代替线键合技术.
3)扁平变压器和磁集成技术
磁性元件去往是电源中体积最大、最高的器件,减小磁性元件的体积就进步了功率稀度.在中大功率模块电源中,为知足尺度高度的请求,大部门的专业出产厂野本人订做磁芯.而隐有的磁性供给商只要飞本浦可以供给通用的扁平磁芯,且这种变压器的绕组制造也具有必定难度.采用这种磁芯可以入一步减小体积,缩欠引线长度,减小寄生参数.CPES不断在钻研一种磁集成技术,福州大教的旧为教学3年前在CPES研讨了磁集成技术,他们做的一个样机是半桥电路,输出整流采用倍流整流技术,而且输出真个两个电感和主变压器集成在一个铁芯里,最后到达的功率密度为300W/in3.倍流整流技巧实用于输出电流大,对di/dt要求高的场所,好比在完成VRM的电路中就经常用这种整流电道.
12.1 散热考虑
一切的功率转换产品在运行时,由于内部功率消耗都将产生一些热量.在每一应用中都有必要限制这种“自身发热”,使模块外壳温度不超过指定的最大值.在下面引见了DC-DC转换器外壳升温的大约过程.
1)可用的功率密度
尽大少数DC-DC转换器生产商都以产品的功率密度作为水准,来权衡产品的有效性.功率密度通常由瓦/破方英寸(W/in3)来表现.懂得功率密度定义的条件长短常首要的
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