应用与支持

以博大电源为例详解模块电源散热

以博大电源为例详解模块电源散热

中电华星 电源解决方案三月 08,2016

 以博大电源为例详解模块电源散热

电源模块在运行过程中,由于内部功率消耗,将产生一些热量,如果不将这些热量发散出去,将使模块壳温过高,进而促使功率器件超过操作的温度极限,轻则缩短模块电源使用寿命重则损坏模块。所以散热设计对于电源模块来说至关重要。一般较简单的散热设计均是以外壳温度为操作极限或指定之热点量测的。依照各电源产品的特点,模块电源壳温德一般操作极限为100℃。

1、壳温计算

在一般应用中,通常采用实际测量来得出实际壳温。但在很多情况下,实际测量无法实现,只能通过计算的方式得出大概壳温。下面就通过博大电源模块的实际范例介绍一下估算模块壳温及散热特性的步骤,以避免模块工作超过最高外壳工作温度。

(1)  Po:确定应用所需的最大输出功率。如果是多路输出,则指多路输出的总输出功率。

(2)  η:转换效率。一般模块只提供额定输入电压,满负载输出功率在25℃环境温度下的效率值,实际上由于不同的负载或输入电压的变化,与不同的操作环境温度,效率会发生一些改变,博大电源模块在规格书内都已提供上述的效率曲线图。

(3)  θ:热阻抗的定义式即功率消耗产生的温升,通常用℃/1W表示。

(4)  Pd:确定模块内部功率消耗。

              Pd=Po*(1- η )/ η

5) 估算外壳工作温度(Tc)。

               Tc:Ta+Pd*θc-a

      Tc:外壳温度

      Ta:环境温度

      θc-a:外壳到环境的热阻

6)确认上述外壳工作温度应在最高工作温度以下。

下面就以博大30W电源模块  FEC30-48S1212V,2.5A)为例为大家介绍一下如何估算电源模块壳温。

Po:12V , Io*80%=2A  的实际功率下操作

Po12V*2A=24W

依η对应输出Io曲线图可查出    η在Io=2A时为90%

θc-a:10/1W(未加散热片)

PdPo*(1-η)/ η=24*(1-0.9)/0.9=2.67W

Tc:Ta+Pd*θc-a   

假设系统操作在Ta:50℃环境下

       Tc50+2.67*10/1W=76.7

得出结论:最大壳温(Tc)约为76.7℃,低于100℃故符合工作温度和设计使用要求。

2、冷却设计

如果上述的估算已超过外壳最大工作温度,则必须下降外壳到环境的热阻,也就是必须做冷却设计,从而降低外壳工作温度。冷却设计最重要的就是模块热阻,在博大电源产品的规格书内都有提供模块热阻值。这个阻值是在恒温、恒湿,可控风速的实验设备里直接测得。具体测量方法如下图:

 

3、散热方法

    上面已经介绍了博大公司的电源模块产品的热阻测量是在风速为20LFM时测定的,如系统使用自然对流冷却,应该确保顶部和底部有足够的气流通道。在气流通道不完善,或者无强制通风措施的情况下,壳温过高,可以通过以下介绍一些常用的降低热阻θc-a的方法来散热。

(1)  增加散热片

博大原厂可以提供不同热阻、样式的散热片,具体情况可以咨询博大电源产品代理商深圳市中电华星电子技术有限公司。

组配散热片时需使用热表面材料(导热矽脂、硅胶等)。

组配后的热阻为外壳——导热矽脂,导热矽脂——散热片,散热片——环境的总和。

散热片的叶片最好上下垂直于空气中,才能拥有最好的对流效果。

(2)  强制气流

一般使用风扇来产生强制气流,这是减少模块热阻的有效方法,尤其对于开放式的模块常使用此方式散热,气流的定义常采用线性英尺每分钟(LFM)或立方英尺每分钟(CFM),CFM=LFM*Area风向避免与模块脚框(frame)垂直这样会降低散热效果。

博大公司电源模块都可以提供各模块对应各风速的热阻曲线。具体情况可以咨询博大电源代理商深圳中电华星电子技术有限公司。

(3)  与机架外壳连接

    一般系统设计有金属的外壳(chassis可利用此机架外壳当散热片,不过可能要选择较厚的导热矽脂,产生最佳的组配结合。

依照中电华星多年来对模块电源的研究和使用经验,最后需要强调两点:一是如果模块要求的最高壳温不能超过某个温度值,那么模块最安全、最稳定、最高效的运行壳温应为该温度值的70%或以下,例如一个模块标称的最高壳温为100℃,那么经过冷却设计最好的运行壳温应为70℃。二是以上计算只能作为设计参考,系统设计好后一定要在实际应用中模拟最高环境温度下,实测模块外壳的温度,以确定不超过最高工作外壳温度。

Scroll to Top