开关电源的热设计.ppt

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1、开关电源的热设计散热设计1散热设计计算机机箱内的热分布及风冷气流计算机机箱风冷时的热分布每超过室温10度，元器件的寿命将下降一半散热设计2效率输入输出电压高，容易高效额定功率大，容易高效高效的变压器尺寸较大中小功率范围内，效率很难超越95%2W以下的功率等级，70%已经很高CMOS好于TTL散热设计3散热途径传导、对流、辐射。高温低温热气上行散热设计4常用元器件的允许工作温度元器件名称表面允许温度元器件名称表面允许温度碳膜电阻120瓷介电容80~85金属膜电阻100玻璃釉电容100压制线绕电阻150锗晶体管70~100涂釉线绕电阻225硅晶体管150~200纸

2、介电容75~85硒整流器75~85电解电容60~85电子管15~200薄膜电容60~130变压器、扼流圈95散热设计5热阻概念RPdTjR自然大气空间TaoC/W热阻＝温度差/热源功率串并联方法与电阻相同散热设计6热量单位参数单位电模拟单位时间ts时间ts温度差Td℃电势差PdV热阻Rθ℃/W电阻RΩ热导率KW/℃电导率S热能PqJ电能PJ热流QJ/s(W)电流IA热容量ChJ/℃电容CF散热设计7(1)选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料，以提高其允许的工作温度。如选用耐热性能较好的硅三极管取代热性能较差的锗三极管、触点材料尽量以铂银取代铜。(2)减小电

3、源内部的发热量。为此，应尽量选用小功率执行元件，如用晶体管代替真空管，选用小功率变压器或者不用变压器，多选用微功耗器件并在电路设计中尽量减少发热元器件的数量，选取热负荷时应留有适当的储备量。(3)用冷却的方法降低环境温度加快散热速度。在室温下，对热阻的要求不大于30℃／W时,可不考虑散热问题。对热阻的要求在5℃／W-4℃／W时,可用叉指形散热器散热。在4oC／W一0.2oC／W时，可用型材散热器。在1℃／W一0.05℃／W时，可用强制风冷。在0.1oC／W一0.02oC／W时，可用水冷。当对热阻的要求低于0.02℃／W时，可考虑用热管.散热设计的要求散热设计8

4、一般地，三极管的PC(max)是在保持管壳温度Ta=25℃不变，Tj达到150℃条件下确定的功耗值，因此可用下式℃/W求出R越大，一定结温下Pcmax散热设计9常见封装外壳的热阻元件要向大气散发热量，其热阻是Rc-a，To-220型热阻为60℃/w，不采用散热器时，功率封装只能耗散最大功率的5%以下，包括表面贴装时以PCB板散热的情况。散热设计10常见封装外壳的热阻(续)To-3P为40℃/w，To-3为30℃/w，散热设计11器件手册里的相关参数散热设计12传导散热1、导热体传导(导热定律)K-热导率A-截面积L-导热路径长度散热设计13各种材料的热导率(

5、W/cm·ºC)材料铝纯铜铁三氧化二铝热导率K1.553.980.590.36材料塑料水空气硅脂热导率K0.0050.00670.000260.002散热设计14传导散热2、界面传导hi-界面的热导系数与光洁度、表面受压大小、填充材料有关散热设计15接触热阻()参考数据R(C-S)垫片材料垫片厚度接触热阻R(C-S)(oC/W)加硅脂无硅脂无垫片铝泊铜泊云母聚酯薄膜氧化铍瓷片氧化铝瓷片氮化硼瓷片0.020.030.120.024.01.881.50.240.40.60-0.610.30-0.310.50.46-0.490.330.28-0.300.30-0

6、.320.80.97-1.040.65-0.681.00-1.16散热设计16RθJCRDBCTjRsolder1Rheat-sinkTfluidRfluidRsolder2散热设计17器件的热阻等效电路PdTjTCTaR(j-C)R(C-a)R(C-S)R(S-a)自然大气空间结到外壳外壳到空气外壳到散热器散热器到空气散热设计18常见散热片平板式燕翅式注意放置方式散热设计19散热器的散热类型1.自冷式散热器2.风冷式散热器3.水冷式散热器4.沸腾式散热器5.热管散热器对流换热系数为(6-13)X4.18X103J/h.m2.K常用于额定电流小于20A

7、的器件或简单装置中的大电流器件.对流换热系数为(35-62)X4.18X103J/h.m2.K是自冷式散热器效率的2-4倍.常用于额定电流在50A-500A的器件中.对流换热系数为(2000)X4.18X103J/h.m2.K是自冷式散热器效率的150-300倍.常用于额定电流在500A以上的器件中.需解决好水质和凝露问题.对流换热系数为(3000-7000)X4.18X103J/h.m2.K其等效导热率相当于同几何尺寸实心铜导热率的380倍.热管是一种新型高效的传热元件,因它利用了沸腾吸热和凝结放热两种最强烈的传热机理,因而表现出优异的传热特性.即传热效率高

8、和沿轴向的等温性好.其散热效率是比同