原创 集成电源模块散热设计

电源模块的效率计算式为

电源模块的效率随输入电压和输出电流变化而变化，而且各种型号模块的效率并不一致，PHl50F280—5模块的效率与输出电流和输入电压的关系如图10—10所示。

图中虚线对应输入电压为200V，实线对应输入电压为280V，点画线对应输入电压为400V。例如，PHl50F280—5模块工作在额定输入电压280V且输出电流为额定输出电流的100％时，效率为83％。通常留2％的余量，则效率=81％。

(2)计算散热器一空气之间的热阻集成模块电源对流散热模式及等效热阻如图10—11所示。基板温度取决于空气的温度、总功耗和总热阻(基板和散热器接触面的热阻和散热器到空气之间的热阻)的数值。散热器到空气间的热阻决定于下列因素：散热器的材料和几何尺寸、空气温度、空气密度和空气流速。

由图10—11可以看出，散热器一空气之间的热阻计算式为

(3)确定接触面热阻估算或通过试验测定散热器接触面的热阻。为了减小接触面的热阻，应当采用导热胶。估算热阻时，应当留有0．2℃／W的安全余量。

(4)选定散热器选择体积满足要求的几种散热器。利用选定的散热器的数据(最好是在最恶劣环境温度Ta下的数据)，可得到该散热器自然对流散热时的热阻值。在安装空间和成本都允许的条件下，应选用热阻值最小的散热器。应当记住，基板温度略微降低一点，平均无故障时间(MTBF)就会显著提高。如果选用散热器的热阻值大于按第(2)步计算出来的热阻值，应选用体积更大的散热器，或者采用其他散热方法(比如强制对流散热等)。

(5)强制对流热阻计算  散热器强制风冷散热能力比自然风冷可增加许多。由于散热器罩壳中的空气不是均匀对流的，所以强制风冷的热学设计不容易计算。下面介绍通过测定罩壳模型风速，从而估算出热阻的方法。首先做一个罩壳模型，它包括罩壳的外形、风扇的数量和位置、风吹过散热器的方向、散热器周围元器件的布局等。风扇工作时，用风速表测量空气流入和流出的速度。应当注意，该速度应当在散热器的中心测量，如图10—12所示，然后求出空气流人流出的平均速度。

散热器的热阻还可通过图10一13所示的散热器热阻与风速的关系来确定，该热阻必须小于第(2)步中所计算出的热阻。如果该热阻值达不到要求，可通过改变风扇的数量与特性，或重新考虑罩壳的结构来获得满足要求的热阻。