电源模块散热设计
电源模块散热设计的重要性:
现代的电子产品设备都离不开电源,电源模块在各个行业都得到了广泛的应用,同时对电源的设计部分也增加了难度:轻量化、小体积、大功率。
由于功率密度越来越高,电源模块在使用过程中将不可避免地遇到有关热设计方面的问题。尤其是 AC/DC 电源模块,因为有电解电容的存在,电解电容如果长期工作在温度较高的环境下,将会大幅减少电解电容的使用寿命,还会烤干电解电容内部的电解液,从而造成电源模块工作异常或损坏,从而引发整个系统崩溃。
因此一个好的散热设计在整个系统中是至关重要的,可以延长整机的使用寿命,减少故障的发生,提高产品可靠性。本篇简单介绍电源模块的散热设计,以下内容仅供参考。

电源模块散热设计的几种常用方法

1、采用自然风冷
对于一些小型化,高功率密度的电源模块(主要是板载式电源模块)来说,由于受体积,成本等因素的影响,其电源模块大部分采用自然风冷作为主要的散热方式。通常的板载式的电源模块的散热途径主要有以下几种:
(1)通过空气自然对流的方式将热量从电源模块外壳和暴露表面传至空气中,如果电源模块与 PCB 之间有间隙,也会通过其中的沟道传到周围环境中;
(2)通过辐射由模块暴露外壳辐射到周围物体表面或从模块的底部辐射到 PCB 板;
(3)通过传导方式经模块引脚传到 PCB 板上。

2、设计注意事项如下:
(1)注意电源模块的通风
由于这类电源主要依靠自然对流和热辐射来散热,所以电源模块周围的环境一定要通风良好,便于热量地快速散发。有必要时可在使用电源模块的产品周围增加散热孔,且散热孔要对通,周围无大型元器件遮挡,便于空气流通。
(2)注意相关发热器件的摆放
对于使用电源模块的产品中,可能电源模块不是唯一的发热源。对于这样拥有多个发热源的产品来说,各个发热源应尽量远离,避免相互之间的热辐射,加剧电源模块的热环境。
(3)承载电源模块的 PCB 板设计
对于板载式电源模块来说,PCB 板不仅起到支撑的作用,还是电源模块的一种散热途径。所以我们在 PCB 板方面设计时就要考虑到。如加大主回路的铜皮面积,降低 PCB 板上元器件的密度等,都可以在一定程度上改善电源模块的散热环境。
(4)加散热器风扇
在许多应用系统中,即使加装了散热片,电源的工作条件也得不到很好的改善。在这种散热系统很困难的应用系统中,只有通过加装强制性散热器风扇作为主要的散热方式。用风扇来加速空气流通进行散热,能极大的降低电源模块的表面温度。
但较大的风扇会使整个系统的体积变大,所以在风扇的体积和尺寸选择上,我们要选择适当。在一些风扇的体积和尺寸被限定的系统中,风扇的风速直接影响到散热的效果。风速越大的风扇所能提供的气流速度也越大,但噪声也会越大,反之会越小。使用时视具体的情况来选择合适的风扇,使其在散热效果和噪声之间得到比较好的平衡。
风扇安装的一般指导原则是,形状较长的电源模块,风扇吹风方向应该是水平的,沟道内的风扇吹风方向应该是垂直的以便于形成“烟囱效应”而有利于散热。另外还可在风扇与模块之间涂一层导热脂或其他导热填充材料,使风扇与模块电源外壳(或电源金属基板)之间的结合紧密以减少热阻,但不要因过紧而造成模块电源外壳(或电源金属基板)变形。
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