一摸電源模塊的表面，暖洋洋的，模塊壞了？！且慢，有一點(diǎn)發(fā)熱，僅僅只是由于它正努力地作業(yè)著(zhù)。但高溫對電源模塊的可靠性影響極點(diǎn)大！我們須致力于做好熱規劃，減小電源表面和內部器件的溫升。這一次，我們扒一扒電源模塊的熱規劃。
高溫對功率密度高的電源模塊的可靠性影響極點(diǎn)大。高溫會(huì )導致電解電容的壽數下降，變壓器漆包線(xiàn)的絕緣特性下降，晶體管損壞，材料熱老化，焊點(diǎn)墜落等現象。有統計材料標明，電子元件溫度每升高2℃，可靠性下降10%。 關(guān)于電源模塊的熱規劃，它包含兩個(gè)層面：下降損耗和改進(jìn)散熱條件。
一、元器件的損耗 損耗是發(fā)生熱量的直接原因，下降損耗是下降發(fā)熱的根柢。市面上有些廠(chǎng)家把發(fā)熱元件包在模塊內部，使得熱量散不出去，這種方法有點(diǎn)掩耳盜鈴。下降內部發(fā)熱元件的損耗和溫升才是硬道理。 電源模塊熱規劃的要害器件一般有：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：導通損耗、開(kāi)關(guān)損耗（注冊損耗和關(guān)斷損耗）； 2.整流二極管的損耗：正導游通損耗； 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、熱規劃 在規劃的初期，方案選擇、元器件選擇、PCB規劃等方面都要考慮到熱規劃。
1、方案的選擇 方案會(huì )直接影響到全體損耗和全體溫升的程度。
2、元器件的選擇 元器件的選擇不只需求考慮電應力，還要考慮熱應力，并留有必定降額余量。降額等級可以參看《國家軍用標準——元器件降額準則GJB/Z35-93》，該標準對各類(lèi)元器件的各等級降額余量作了規矩。規劃一個(gè)安穩可靠的電源，其實(shí)不能頑固，有必要好好照著(zhù)各元件的性質(zhì)，規劃、降額、驗證。一些元件降額曲線(xiàn)，跟著(zhù)表面溫度增加，其額定功率會(huì )有所下降。 元器件的封裝對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管更簡(jiǎn)略散熱。前者在相同的損耗條件下，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，在相同的損耗的條件下，表面溫升會(huì )比較小。 規劃中，要點(diǎn)評的電阻一般有MOS管的限流檢測電阻、MOS管的驅動(dòng)電阻等。限流電阻一般運用1206或更大的封裝，多個(gè)并聯(lián)運用。驅動(dòng)電阻的損耗也需求考慮，不然或許導致溫升過(guò)高。 有時(shí)，電路參數和功用看似正常，但實(shí)際上躲藏很大的問(wèn)題。某電路根柢功用沒(méi)有問(wèn)題，但在常溫下，用紅外熱成像儀一測，不得了，MOS管的驅動(dòng)電阻表面溫度居然抵達95.2℃。長(cháng)期作業(yè)或高溫環(huán)境下，極易呈現電阻燒壞、模塊損壞的問(wèn)題?？梢?jiàn)，研制過(guò)程中運用熱成像儀查驗元器件的溫度特別重要，可及時(shí)發(fā)現并定位問(wèn)題點(diǎn)。通過(guò)調整電路參數，下降電阻的歐姆熱損耗，且將電阻封裝由0603改成0805，大大下降了表面溫度。
3、PCB規劃 PCB的銅皮面積、銅皮厚度、板材質(zhì)料、PCB層數都影響到 電源模塊的散熱。常用的板材FR4（環(huán)氧樹(shù)脂）是很好的導熱材料，PCB上元器件的熱量可以通過(guò)PCB散熱。特別運用情況下，也有選用鋁基板或陶瓷基板等熱阻更小的板材。 PCB的布局布線(xiàn)也要考慮到模塊的散熱： 發(fā)熱量大的元件要防止扎堆布局，不要哪里“熱”鬧，就往哪里湊，盡量堅持板面熱量均勻分布； 熱活絡(luò )的元件特別應該“哪邊涼爽哪邊去”； 必要時(shí)選用多層PCB； 功率元件欠好敷銅平面散熱，并用“熱孔”將熱量從PCB的一面傳到另一面。熱孔的孔徑應很小，大約0.3mm左右，熱孔的間隔一般為1mm~1.2mm?？梢云鸬胶芎玫纳嵝Ч?，下降功率元件的表面溫升。熱規劃時(shí)，還須留意： 關(guān)于寬壓輸入的電源模塊，高壓輸入和低壓輸入的發(fā)搶手和熱量分布完全不同，需全面點(diǎn)評。短路保護時(shí)的發(fā)搶手和熱量分布也要點(diǎn)評。
在灌封類(lèi)電源模塊中，灌封膠是一種超卓的導熱的材料。模塊內部元件的表面溫升會(huì )進(jìn)一步下降。即便如此，我們仍要查驗高溫環(huán)境下內部元件的表面溫升，來(lái)確保模塊的可靠性。
