開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)已(yi)普(pu)遍(bian)運(yun)用(yong)在(zai)當(dang)前(qian)的(de)各(ge)類(lei)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)上(shang)，其(qi)單(dan)位(wei)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)也(ye)在(zai)不(bu)斷(duan)地(di)提(ti)高(gao)。但(dan)它(ta)們(men)工(gong)作(zuo)時(shi)會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)的(de)熱(re)量(liang)，如(ru)果(guo)不(bu)能(neng)把(ba)這(zhe)些(xie)熱(re)量(liang)及(ji)時(shi)地(di)排(pai)出(chu)並(bing)使(shi)之(zhi)處(chu)於(yu)一(yi)個(ge)合(he)理(li)的(de)水(shui)平(ping)將(jiang)會(hui)影(ying)響(xiang)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)，嚴(yan)重(zhong)時(shi)會(hui)損(sun)壞(huai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)，本(ben)文(wen)就(jiu)針(zhen)對(dui)提(ti)高(gao)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)工(gong)作(zuo)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)，分(fen)享(xiang)幾(ji)種(zhong)在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)中(zhong)熱(re)設(she)計(ji)的(de)方(fang)法(fa)。

 

為了將發熱器件的熱量盡快地發散出去，一般從以下幾個方麵進行考慮: 使用散熱器、冷卻風扇
、金屬pcb、散熱膏等。在實際設計中要針對客戶的要求及最佳費/效比合理地將上述幾種方法綜合運用到電源的設計中。

由 於半導體器件所產生的熱量在開關電源中占主導地位，其熱量主要來源於半導體器件的開通
、關斷及導通損耗，從電路拓撲方式上來講，采用零開關變換拓撲方式產 生sheng諧xie振zhen使shi電dian路lu中zhong的de電dian壓ya或huo電dian流liu在zai過guo零ling時shi開kai通tong或huo關guan斷duan可ke最zui大da限xian度du地di減jian少shao開kai關guan損sun耗hao但dan也ye無wu法fa徹che底di消xiao除chu開kai關guan管guan的de損sun耗hao故gu利li用yong散san熱re器qi是shi常chang用yong及ji主zhu要yao的de方fang法fa。

 

散熱器是開關電源的重要部件

，它的散熱效率高與低關係到開關電源的工作性能


，散熱器通常采用銅或鋁
，雖然銅的熱導率比鋁高2beidanqijiagebilvgaodeduo，gumuqiancaiyonglvcailiaodeqingkuangjiaoweipubian，tongchanglaijiangsanreqidebiaomianjiyuedasanrexiaoguoyuehao，sanreqiderezumoxingjidengxiaodianlurutu1所示。

 

 

pcmax(ta)= (tjmax-ta)/θj-a　(w)　-----------------------(1)

pcmax(tc)= (tjmax-tc)/θj-c　(w)　-----------------------(2)

 

pc: 功率管工作時損耗

pc(max): 功率管的額定最大損耗

tj: 功率管節溫

tjmax: 功率管最大容許節溫

ta: 環境溫度

tc: 預定的工作環境溫度

θs : 絕緣墊熱阻抗

θc : 接觸熱阻抗(半導體和散熱器的接觸部分)

θf : 散熱器的熱阻抗(散熱器與空氣)

θi : 內部熱阻抗(pn結接合部與外殼封裝)

θb : 外部熱阻抗(外殼封裝與空氣)

 

θj-a=θi+[θb *(θs +θc+θf)]/( θb +θs +θc+θf) ----------------(3)

 

又因為θb比θs +θc+θf大很多，故可近似為

 

θj-a=θi+θs +θc+θf ---------------------(4)
 

（1）pn結與外部封裝間的熱阻抗(又叫內部熱阻抗) θi是由半導體pn結構造、所用材料

、外部封裝內的填充物直接相關.每種半導體都有自身固有的熱阻抗.

 

（2）接觸熱阻抗θc是由半導體
、封裝形式和散熱器的接觸麵狀態所決定.接觸麵的平坦度、粗糙度
、接觸麵積、安裝方式都會對它產生影響。當接觸麵不平整、不光滑 或接觸麵緊固力不足時就會增大接觸熱阻抗θc。在半導體和散熱器之間塗上矽油可以增大接觸麵積，排除接觸麵之間的空氣而矽油本身又有良好的導熱性，可以大 大降低接觸熱阻抗θc。

 

絕緣墊是用於半導體器件和散熱器之間的絕緣.絕緣墊的熱阻抗θs取決於絕緣材料的材質
、厚度
、麵積。下表中列出幾種常用半導體封裝形式的θs+θc

 

散熱器熱阻抗θf與散熱器的表麵積、表麵處理方式

、散熱器表麵空氣的風速、散熱器與周圍的溫度差有關。因此一般都會設法增強散熱器的散熱效果
，主要的方法有增加散熱器的麵積
、設計合理的散熱風道、增強散熱器表麵的風速。散熱器的散熱麵積設計值如圖3所示：

但dan如ru果guo過guo於yu追zhui求qiu散san熱re器qi的de表biao麵mian積ji而er使shi散san熱re器qi的de叉cha指zhi過guo於yu密mi集ji則ze會hui影ying響xiang到dao空kong氣qi的de對dui流liu，熱re空kong氣qi不bu易yi於yu流liu動dong也ye會hui降jiang低di散san熱re效xiao果guo。自zi然ran風feng冷leng時shi散san熱re器qi的de叉cha指zhi間jian距ju應ying適shi當dang增zeng大da，選xuan擇ze強qiang製zhi風feng冷leng則ze可ke適shi當dang減jian小xiao叉cha指zhi間jian距ju。如ru圖tu4所示：

 

s=0.86w/(δt*α)　(m2)

 

δt: 散熱器溫度與周圍環境溫度（ta）的差（℃）

α： 熱傳導係數，是由空氣的物理性質及空氣流速決定。α由下式決定。

α=nu*λ/l ()

λ:熱電導率（kcal/m2h）空氣物理性質

l：散熱器高度（m）

nu：空氣流速係數。由下式決定。

nu=0.664*√[(vl)/v’]*3√pr

v：動粘性係數（m2/sec）,空氣物理性質。

v’:散熱器表麵的空氣流速(m/sec)

pr: 係數，見下表

 [例] 2scs5197在電路中消耗的功率為pdc=15w，工作環境溫度ta=60℃，求在正常工作時散熱器的麵積應是多少
？

 

解: 查2scs5197的產品目錄得知:pcmax=80w(tc=25℃)，tjmax=150℃且該功率管使用了絕緣墊和矽油，θs+θc=0.8℃/w

 

從(2)式可得

θi=θj-c=(tjmax-tc)/pcmax-=(150-25)/80≒1.6℃/w

從(1)式可得

θj-a=(tjmax-ta)/pdc=(150-60)/15=6℃/w

從(4)式可得

θf=θj-a－(θi＋θc＋θs) ≒6－(1.6+0.8)=3.6℃/w

 

根據上述計算散熱器的熱阻抗須選用3.6℃/w以下的散熱器，從散熱器散熱麵積設計圖中可以查到:使用2mm厚的鋁材至少需要200cm2，因此需選用140*140*2mm以上的鋁散熱器。

 

注：在實際運用中，tjmax必須降額使用
，以80%額定節溫來代替tjmax確保功率管的可靠工作。

 

在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)實(shi)際(ji)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)，通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)自(zi)然(ran)風(feng)冷(leng)與(yu)風(feng)扇(shan)強(qiang)製(zhi)風(feng)冷(leng)二(er)種(zhong)形(xing)式(shi)。自(zi)然(ran)風(feng)冷(leng)的(de)散(san)熱(re)片(pian)安(an)裝(zhuang)時(shi)應(ying)使(shi)散(san)熱(re)片(pian)的(de)葉(ye)片(pian)豎(shu)直(zhi)向(xiang)上(shang)放(fang)置(zhi)，若(ruo)有(you)可(ke)能(neng)則(ze)可(ke)在(zai)pcb上散熱片安裝位置的周圍鑽幾個通氣孔便於空氣的對流。

 

強qiang製zhi風feng冷leng是shi利li用yong風feng扇shan強qiang製zhi空kong氣qi對dui流liu
，所suo以yi在zai風feng道dao的de設she計ji上shang同tong樣yang應ying使shi散san熱re片pian的de葉ye片pian軸zhou向xiang與yu風feng扇shan的de抽chou氣qi方fang向xiang一yi致zhi，為wei了le有you良liang好hao的de通tong風feng效xiao果guo越yue是shi散san熱re量liang大da的de器qi件jian越yue應ying靠kao近jin排pai氣qi風feng扇shan
，在zai有you排pai氣qi風feng扇shan的de情qing況kuang下xia，散san熱re片pian的de熱re阻zu如ru下xia表biao所suo示shi：

開 關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)主(zhu)要(yao)發(fa)熱(re)元(yuan)件(jian)有(you)大(da)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)及(ji)其(qi)散(san)熱(re)器(qi)
，功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)變(bian)壓(ya)器(qi)
，大(da)功(gong)率(lv)電(dian)阻(zu)。發(fa)熱(re)元(yuan)件(jian)的(de)布(bu)局(ju)的(de)基(ji)本(ben)要(yao)求(qiu)是(shi)按(an)發(fa)熱(re)程(cheng)度(du)的(de)大(da)小(xiao)，由(you)小(xiao)到(dao)大(da)排(pai)列(lie)，發(fa)熱(re)量(liang)越(yue)小(xiao)的(de) 器(qi)件(jian)越(yue)要(yao)排(pai)在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)風(feng)道(dao)風(feng)向(xiang)的(de)上(shang)風(feng)處(chu)，發(fa)熱(re)量(liang)越(yue)大(da)的(de)器(qi)件(jian)要(yao)越(yue)靠(kao)近(jin)排(pai)氣(qi)風(feng)扇(shan)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)
，經(jing)常(chang)將(jiang)多(duo)個(ge)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)固(gu)定(ding)在(zai)同(tong)一(yi)個(ge)大(da)散(san)熱(re)器(qi)上(shang)，這(zhe)時(shi)應(ying)盡(jin)量(liang)使(shi) 散熱片靠近pcb的邊緣放置。但與開關電源的外殼或其它部件至少應留有1cm以yi上shang的de距ju離li。若ruo在zai一yi塊kuai電dian路lu板ban中zhong有you幾ji塊kuai大da的de散san熱re器qi則ze它ta們men之zhi間jian應ying平ping行xing且qie與yu風feng道dao的de風feng向xiang平ping行xing。在zai垂chui直zhi方fang向xiang上shang則ze發fa熱re小xiao的de器qi件jian排pai在zai最zui低di層ceng而er發fa熱re大da的de器qi件jian排pai在zai較jiao高gao處chu。

 

發熱器件在pcb的布局上同時應盡可能遠離對溫度敏感的元器件，如電解電容等。