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５邷貙?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。

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%。電源模塊屬于灌膠模塊類(lèi)產(chǎn)品，基本都是由外殼、電路板、灌封膠(聚氨酯)組成。電源模塊由于是發(fā)熱類(lèi)器件，在研發(fā)過(guò)程中需要嚴(yán)格測(cè)試其內(nèi)部元件的溫升，來(lái)保證電源模塊的使用壽命。 　　

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(kāi)關(guān)損耗(開(kāi)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(wú)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)。前幾期我們已經(jīng)詳細(xì)介紹過(guò)PCB的散熱設(shè)計(jì)要點(diǎn)（PCB電路板散熱設(shè)計(jì)技巧全匯總），今天我們重點(diǎn)從元器件選擇來(lái)講解其對(duì)于電源模塊散熱設(shè)計(jì)有何影響?！　?/p>

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(lèi)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。

圖1 降額曲線 　　

元器件的封裝對(duì)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管更容易散熱。前者在同樣的損耗條件下，溫升會(huì)比較小。一般封裝越大的電阻，其額定功率也會(huì)越大，在同樣的損耗的條件下，表面溫升會(huì)比較小。 　　

設(shè)計(jì)中，要評(píng)估的電阻一般有MOS管的限流檢測(cè)電阻、MOS管的驅(qū)動(dòng)電阻等。限流電阻一般使用1206（表示那個(gè)元件的長(zhǎng)120mil，寬60mil）或更大的封裝，多個(gè)并聯(lián)使用。驅(qū)動(dòng)電阻的損耗也需要考慮，否則可能導(dǎo)致溫升過(guò)高。

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(wèn)題。如圖 2所示，某電路基本性能沒(méi)有問(wèn)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(wèn)題?？梢?jiàn)，研發(fā)過(guò)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(wèn)題點(diǎn)。通過(guò)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。

導(dǎo)熱硅膠材料在電源上主要應(yīng)用的部位：

1、電源主芯片：可根據(jù)電源芯片的功率進(jìn)行劃分，大電源的主芯片一般要求會(huì)比較高，如UPS電源，由于其強(qiáng)大的供電功能，主芯片要承擔(dān)整個(gè)機(jī)體的工作強(qiáng)度，此時(shí)會(huì)聚集大量的熱，那么就需要我們導(dǎo)熱硅膠片材料充當(dāng)良好的導(dǎo)熱介質(zhì)。

2、模絲管(MOS)：模絲管是除了電源主芯片外，發(fā)熱量最大的元器件了，用到的導(dǎo)熱材料品種較多，例：矽膠布、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱帽套、散熱硅膠片等材料。對(duì)于模絲管(MOS)而言主要是考慮導(dǎo)熱材料的絕緣性能，所以一般絕緣矽膠布是其首選。

3、 在灌封類(lèi)電源模塊中，灌封膠是一種良好的導(dǎo)熱的材料。模塊內(nèi)部元件的表面溫升會(huì)進(jìn)一步降低。即便如此，我們?nèi)砸獪y(cè)試高溫環(huán)境下內(nèi)部元件的表面溫升，來(lái)確保模塊的可靠性。

4、變壓器 ：變壓器是能量轉(zhuǎn)換的工具，肩負(fù)著電壓，電流和電阻的轉(zhuǎn)換工作，然而由于變壓器的特殊性能，對(duì)導(dǎo)熱材料的應(yīng)用也會(huì)有特殊需求。