开关电源散热器设计与制作解答1.开关电源为什么要安装散热器？为使开关电源能长期可靠地工作，需要给电源中的MOSFET功率场效应开关管（含单片LED驱动电源集成电路）、输出整流管安装合适的散热器，以便将芯片内部产生的热量及时散发掉。若因散热不良致使管芯温度超过最高结温，内部保护电路就进行过热保护，将输出电流迅速拉下来，此时开关电源已无法工作了。严重过热时还会造成芯片的永久性热损坏。因此，正确设计散热器是使用开关电源的前提条件。 开关电源散热器一般有两种冷却方式，一种是借助空气对流的自然冷却，另一种是强制风冷。由于很难准确测量空气的流量，因此在设计强制风冷的散热器时必须通过实验加以验证。而自然冷却具有可设计性与可预测性的特点。需要指出的是，任何一种散热器的设计都应进行实际测试，以确定其性能。 2.开关电源有几种散热途径？ 开关电源的散热途径有三种，分别是热传导、热对流和热辐射。热传导主要发生在芯片与散热器之间，而热对流发生在散热器和周围空气之间，热辐射是指散热器向周围空气释放热量。在不加风冷的条件下，热传导是芯片最主要的散热途径，散热途径为管芯----管壳（或小散热片）----散热器----周围空气。自然冷却时，热对流和热辐射一般可忽略不计。 3.什么是结温？ 因为芯片是由半导体PN结所构成，故通常将芯片温度简称为结温。芯片的最大允许功耗取决于芯片的最高结温Tjm(也称为极限结温)，仅当结温小于极限结温Tjm时开关电源才能正常工作。为安全起见，有的芯片还规定了最高工作结温Tjmax（Tjmax＜Tjm）,例如当Tjm等于150℃时，Tjmax等于125℃.显然，芯片的散热能力愈强，实际结温就愈低，它所能承受的功率也愈大。芯片的散热能力取决于它的热阻。 4.什么是热阻？ 热阻是用来表征各种材料热传导性能的物理量，以单位功耗下材料的温升来表示。温升愈低，说明材料的散热能力愈强，即热阻小；温升高表明散热能力差，热阻大。 为偏于理解散热特性，现将热参数与电参数加以比较。不难发现，热流量与电流颇有相似的地方。在电学上，当电位差通过电阻时会产生电流；热学上，当温度梯度跨越热阻时能产生热流量。电阻代表导体对电流的阻碍作用，而热阻表示物体对热流量的阻碍作用。计算热阻的公式在形式上与欧姆定律相似。而温升（温差）又与电位差相似。由此可推断，为使散热和温升所引起功耗为最小，必须使热阻为最小；换言之，如果热阻使给定的，那么耗散更多的功率必将加快温度的升高。与电阻类似，两个热阻也可以相互串联或者并联，串联时将热阻值相加；并联时的总热阻等于两个热阻的乘积除以它们的热阻之和。 5.为何要在MOSFET功率开关管的散热器与一次侧地之间接电容器？ 在设计100W以上的大功率开关电源时，为消除由散热器引入的传导噪声，可在功率开关管（MOSFET）的散热器与一次侧地之间接一只陶瓷电容器，容量可选3.3nF/630V。同时，还可在输出整流管的散热器与二次侧地之间接一只3.3nF/630V陶瓷电容器。 |
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