一摸電源模塊的表面，熱乎乎的，模塊壞了?!且慢，有一點發(fā)熱，僅僅只是因為它正努力地工作著。但高溫對電源模塊的可靠性影響極其大!我們須致力于做好熱設計，減小電源表面和內(nèi)部器件的溫升。這一次，我們扒一扒電源模塊的熱設計。 高溫會導致電解電容的壽命降低，變壓器漆包線的絕緣特性降低，晶體管損壞，材料熱老化，焊點脫落等現(xiàn)象。

高溫對功率密度高的電源模塊的可靠性影響極其大。高溫會導致電解電容的壽命降低，變壓器漆包線的絕緣特性降低，晶體管損壞，材料熱老化，焊點脫落等現(xiàn)象。有統(tǒng)計資料表明，電子元件溫度每升高2℃，可靠性下降10%。電源模塊屬于灌膠模塊類產(chǎn)品，基本都是由外殼、電路板、灌封膠(聚氨酯)組成。電源模塊由于是發(fā)熱類器件，在研發(fā)過程中需要嚴格測試其內(nèi)部元件的溫升，來保證電源模塊的使用壽命。 　　

對于電源模塊的熱設計，它包括兩個層面：降低損耗和改善散熱條件。 　　

一、元器件的損耗 　　

損耗是產(chǎn)生熱量的直接原因，降低損耗是降低發(fā)熱的根本。市面上有些廠家把發(fā)熱元件包在模塊內(nèi)部，使得熱量散不出去，這種方法有點自欺欺人。降低內(nèi)部發(fā)熱元件的損耗和溫升才是硬道理。 　　

電源模塊熱設計的關鍵器件一般有：MOS管、二極管、變壓器、功率電感、限流電阻等。其損耗如下： 　　

1、 MOS管的損耗：導通損耗、開關損耗(開通損耗和關斷損耗); 　　

2、 整流二極管的損耗：正向?qū)〒p耗; 　　

3、 變壓器、功率電感：鐵損和銅損; 　　

4、 無源器件(電阻、電容等)：歐姆熱損耗。 　　

二、熱設計 　　

在設計的初期，方案選擇、元器件選擇、PCB設計等方面都要考慮到熱設計。前幾期我們已經(jīng)詳細介紹過PCB的散熱設計要點（PCB電路板散熱設計技巧全匯總），今天我們重點從元器件選擇來講解其對于電源模塊散熱設計有何影響?！　?/p>

1、方案的選擇 　　

方案會直接影響到整體損耗和整體溫升的程度。 　　

2、元器件的選擇 　　

元器件的選擇不僅需要考慮電應力，還要考慮熱應力，并留有一定降額余量。降額等級可以參考《國家軍用標準——元器件降額準則GJB/Z35-93》，該標準對各類元器件的各等級降額余量作了規(guī)定。設計一個穩(wěn)定可靠的電源，實在不能任性，必須好好照著各元件的性子，設計、降額、驗證。圖 1為一些元件降額曲線，隨著表面溫度增加，其額定功率會有所降低。

圖1 降額曲線 　　

元器件的封裝對器件的溫升有很大的影響。如由于工藝的差異，DFN封裝的MOS管比DPAK(TO252)封裝的MOS管更容易散熱。前者在同樣的損耗條件下，溫升會比較小。一般封裝越大的電阻，其額定功率也會越大，在同樣的損耗的條件下，表面溫升會比較小。 　　

設計中，要評估的電阻一般有MOS管的限流檢測電阻、MOS管的驅(qū)動電阻等。限流電阻一般使用1206（表示那個元件的長120mil，寬60mil）或更大的封裝，多個并聯(lián)使用。驅(qū)動電阻的損耗也需要考慮，否則可能導致溫升過高。

有時，電路參數(shù)和性能看似正常，但實際上隱藏很大的問題。如圖 2所示，某電路基本性能沒有問題，但在常溫下，用紅外熱成像儀一測，不得了了，MOS管的驅(qū)動電阻表面溫度居然達到95.2℃。長期工作或高溫環(huán)境下，極易出現(xiàn)電阻燒壞、模塊損壞的問題?？梢姡邪l(fā)過程中使用熱成像儀測試元器件的溫度尤其重要，可及時發(fā)現(xiàn)并定位問題點。通過調(diào)整電路參數(shù)，降低電阻的歐姆熱損耗，且將電阻封裝由0603改成0805，大大降低了表面溫度。

導熱硅膠材料在電源上主要應用的部位：

1、電源主芯片：可根據(jù)電源芯片的功率進行劃分，大電源的主芯片一般要求會比較高，如UPS電源，由于其強大的供電功能，主芯片要承擔整個機體的工作強度，此時會聚集大量的熱，那么就需要我們導熱硅膠片材料充當良好的導熱介質(zhì)。

2、模絲管(MOS)：模絲管是除了電源主芯片外，發(fā)熱量最大的元器件了，用到的導熱材料品種較多，例：矽膠布、導熱硅脂、導熱帽套、散熱硅膠片等材料。對于模絲管(MOS)而言主要是考慮導熱材料的絕緣性能，所以一般絕緣矽膠布是其首選。

3、 在灌封類電源模塊中，灌封膠是一種良好的導熱的材料。模塊內(nèi)部元件的表面溫升會進一步降低。即便如此，我們?nèi)砸獪y試高溫環(huán)境下內(nèi)部元件的表面溫升，來確保模塊的可靠性。

4、變壓器 ：變壓器是能量轉(zhuǎn)換的工具，肩負著電壓，電流和電阻的轉(zhuǎn)換工作，然而由于變壓器的特殊性能，對導熱材料的應用也會有特殊需求。