模塊電源的熱測試步驟

以小體積著(zhù)稱(chēng)的模塊電源，正朝著(zhù)低電壓輸入、大電流輸出，以及大的功率密度方向發(fā)展。但是，高集成度、高功率密度會(huì )使得其單位體積上的溫升越來(lái)越成為影響系統可靠工作、性能提升的最大障礙。統計資料表明，電子元器件溫度每升高2℃，其可靠性下降10%，溫升50℃時(shí)的壽命只有溫升25℃時(shí)的1/6。所以熱設計的目的就是要及時(shí)地排出熱量，并使產(chǎn)品的溫度處于一個(gè)合理的水平，保證元器件的熱應力在最壞的環(huán)境溫度條件下依然不會(huì )超出規定值。對于非?？粗乜煽啃缘哪K電源來(lái)說(shuō)，熱處理在其設計中已經(jīng)是必不可少的一環(huán)。

熱量的產(chǎn)生

想要探討熱設計方法，首先要清楚模塊電源溫升是如何產(chǎn)生的。根據能量守恒定律，電源的輸入總功率應該等于其輸出的總功率，也即能量轉換效率（η）恒為100%，但是實(shí)際的情況是轉換效率（η=1-Ploss/Ptotal）都是小于100%的，也就是說(shuō)會(huì )有一部分能量（Ploss）損失掉。那么損失的這一部分能量消耗在哪里了？除了很小的一部分變成電磁波向空中散播外，其余的都變成了熱能，促使其溫度提升。過(guò)高的溫度會(huì )使電源設備內部元器件失效，整個(gè)設備的可靠性降低。

聯(lián)系損失功率與熱量的參數是熱阻（thermal resistance），它被定義為發(fā)熱器件向周?chē)鸁後尫诺摹白枇Α?，正是由于這種“阻力”的存在，使得熱點(diǎn)（hot points）和四周產(chǎn)生了一定的溫差，就像電流流過(guò)電阻會(huì )產(chǎn)生電壓降一樣。不同的材質(zhì)的熱阻是不一樣的，熱阻越小，散熱就越強，其單位為℃/W。

熱量產(chǎn)生的處理

1 建模分析法

從上面的分析我們可以得到計算溫升的第一種方法：分別建立各部分元器件的損失功率和熱阻的模型，然后根據下面的公式求出該功率器件的溫升值。

計算溫升的一個(gè)基本表達式：

ΔΤ=RthJ-X·Рloss （1)

其中，ΔΤ=溫度差值或者溫升；RthJ-X =功率器件從結點(diǎn)到X的熱阻。

可以看出：既然元器件的損耗功率是產(chǎn)生熱量的根本原因，那么找出各個(gè)功率器件的損耗就成了解決熱處理的關(guān)鍵?，F在以金升陽(yáng)公司的一個(gè)12W、效率為91%的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)明。

對于基于PWM的自驅同步整流正激變換器，一般應用電路原理如圖1所示。

各功率器件的損耗如圖2所示。在圖2中，Pt是原邊變壓器損耗；Pl是輸出濾波電感的損耗；Pmos是MosFET的損耗；Pd1是整流二極管的損耗；Pd2是續流二極管的損耗；Pother是其他器件的損耗和

現在，一些半導體器件廠(chǎng)商都能給出比較詳細的有關(guān)損耗的參數，而電源研發(fā)人員，也能在實(shí)際的工程中計算出功率器件實(shí)際的損耗，進(jìn)而不斷地修正這些值，使得這些元器件的損耗能非常接近真實(shí)值。所以說(shuō)要求出各功率器件在消耗一定功率產(chǎn)生的實(shí)際溫升，現在的關(guān)鍵就要考慮熱阻了。但是熱阻的值一般會(huì )受到以下因數的影響很大，如功率元器件的損耗，空氣流動(dòng)的速度、方向、擾動(dòng)的等級，鄰近功率元器件的影響，PCB板的方向等。所以一般熱測量的條件是很?chē)栏竦摹，F在先看看對于一個(gè)是用于自然風(fēng)冷，但四周密封且不用風(fēng)機的功率元器件的熱測試方法。