原创功率电源中器件的温升与极限工作温度

 2019-8-23 19:57  845 5 5 分类: 电源/新能源

熟悉电子电路设计的朋友一定都知道，在电源整体设计中存在一些发热非常严重的器件，如整流桥、MOS管、快恢复二极管这些器件。而在功率电源中，电感和高频变压器则成为了发热现象的重灾区。那么在功率电源中，它们的合理温升应该是多少，在恶劣条件下的极限温升又该是多少呢？
    一般来说，电管、变压器类器件的温度都控制在120℃左右。半导体结温控制在0.8，具体的可以参考《GJB/Z35-93元器件降额准则》。
    在实际操作中，在室温35℃环境下半导体器件热平衡后，其最高温度不超过80°；磁性器件最高温度不超过90℃。当然“最高温度”测试方法因人而异，该情况使用的是热成像仪。
    其实实际上，对于元器件温度的要求，不能用一个笼统的标准来全部概括。很多人在实际操作中发现低频整流桥工作在100℃左右的环境也是没有问题的。其他的功率半导体，则需要看是金属封装还是塑封的，150℃工作温度或者塑封的在最恶劣的情况下，最高温度控制在100℃以内都是没有有问题的。而175℃工作温度或者金属封装的，在最恶劣的情况下，最高温度控制在120℃以内，应该还算是安全的。
    需要特别注意的是，那种“轴线”封装的二极管，特别是肖特基二极管，包括部分TO252封装的肖特基二极管，最高温度控制在100℃显然是不够的。换句话说，降额幅度还应该与封装体积挂钩。封装越大，电压、电流、温度的降额幅度可以越小。
    如果关于温度的问题大家还是觉得没有靠谱的说法，那么可以从公式计算的角度来试着分析。首先要考虑的是最恶劣情况下的温度，如最高温度下满载工作，整流桥、MOSFET、快恢复二极管表面温度不要超过110~115℃，或根据经验公式估算结温：Tj=Tc+P*Rthjc（P为MOSFET的功耗，Rthjc为MOSFET结到壳的热阻），结温估算出来对比功率器件规格书最大结温，对比是否满足降额要求即可，电感如果是磁环做的，磁芯和表面不要超过120℃，如果是用EE类的，磁芯线苞温度测内部温度，内部磁芯和线包苞不要超过140℃，有时候带风扇的模块，测表面线苞有时候很凉快，其实内部可能温度非常高，已无法满足安规要求，注意线、胶带、挡墙等材料的温度等级选择。
    本文从实际操作的角度出发，为大家讲解功率电源器件的发热情况以及极限工作温度。并在最后通过公式计算的方式，用更加富有理论性的方式为大家提供了一种温度知识的参考。正在被器件工作温度困扰的朋友不妨花上几分钟来阅读本文，相信会有意想不到的收获。

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