SG1525开关电源电力电子课程设计

- PAGE 34 -上海交通大学电子信息与电气工程学院电力电子课程设计报告DC-DC 开关稳压电源设计摘 要关键词：AC-DC-DC，大功率，全桥变换器， OrCAD 报告介绍了笔者按实验要求使用PSpice 10.5 仿真的交-直变换器。其中简述了所涉及电路系统原理、元件及参数选择、仿真参数设置与技巧和从无到有建立仿真电路的详细过程。变换器采用全桥拓扑，输入交流220V 10，50Hz，输出直流 36V。AbstractKeywords: AC-DC-DC, Power, full-bridge converter, OrCADThe report includes the AC-DC-DC rectifiers circuit and its performance analyzed by OrCAD. It elaborates the work of the system, the principle to choose components, simulation settings in OrCAD and the whole process to accomplish the simulation. The converter employs the full-bridge topology and performs, under normal condition, with input voltage of 220V 10(rms) and output, 36V. 目录一、设计目标 4二、PWM开关稳压电源的基本原理 41、 PWM开关稳压电源的基本工作原理 42、 PWM开关稳压电源的原理电路 4三、主电路选型 41、 整流电路选型 42、 DCDC变换电路选型 5四、主电路无源器件参数计算 71、 整流滤波电路无源器件选型 72、 全桥式变换电路无源器件选型 8五、主电路有源器件参数设计 101、 整流滤波电路有源器件选型 102、 全桥式变换电路有源器件选型 11六、功率开关变压器设计 111、 原、副边绕组匝数的确定 112、 变压器偏磁现象的防止 12七、驱动电路设计 131、 驱动电路的功能 132、 驱动电路的选择 133、 输出电平的驱动电路 15八、PWM控制电路设计 151. PWM控制原理 152. 控制电路的设计 16九、检测电路设计 20十、保护电路设计 201、 过电压保护 212、 过电流保护 213、 软启动电路 22十一、电磁兼容性 251、 传输电磁干扰的通道 252、 EMI的抑制方法 263、 电源滤波器 284、 EMI滤波器 285、 输出滤波器 296、 PCB板设计 30十二、散热设计 301、 散热设计的重要性 302、 开关器件的热设计 313、 高频变压器的热设计 33一 设计目标1 开关电源（AC-DC-DC）技术要求：输入电压：单相交流220V（ 10），50Hz输出电压：直流36V输出电流：最大50A输出纹波：纹波系数三角波Vp，Vout为正，否则为负。当直流电压变化时，PWM的占空比随之变化。当芯片发出PWM波时，为了增加驱动能力，可以用如下（图7-2）的对管放大方式。其重要性在下文会分析。图 7-2图 7-3 图 7-4另外，MOS管的驱动电压是加在g与s极间的，而芯片发出的电平可能是对地的，这时，我们就要用变压器把对地的电平转化到g与s极间，如图7-4。最后，对于我们的桥式变换器来说，上下两管同时导通是十分危险的，这等于是一次短路，大电流会烧坏器件。所以，我们在上管关断和下管导通时间之间，有一段“死区时间”。这段时间内，所有管子被在g极置低电平，以使可靠关断所有管子。3、输出电平的驱动电路 由于SG1525输出的电平信号的功率不足以驱动MOSFET管的开关，所以我们需要加设功率放大电路，也就是驱动电路来加以驱动。简单起见，我们只用了一个三极管来放大电流，然后用电感来耦合隔离。具体设计如图7-5所示：图7-5最终输出的PWM波形如图7-6所示：图7-6八 PWM 控制电路设计1. PWM 控制原理脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。下图所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为TS 的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图8-1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。图8-1 PWM原理图图8-2 PWM输出波形通过分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻 t k 时的信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中t k kT S TS 的情况，均匀采样和非均匀采样差异非常小。如果假定采样为均匀采样，第k个矩形脉冲可以表示为：k =o 1 + mx( kTS) 式中xt离散化的语音信号；TS 采样周期；o 未调制宽度；m 调制指数；然而，如果对矩形脉冲作如下近似：脉冲幅度为A，中心在t = k T S 处，k 在相邻脉冲间变化缓慢，则脉冲宽度调制波x p (t) 可以表示为：，式中 。无需作频谱分析，由上式可以看出脉冲宽度信号由信号x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。当0 TS 时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。通过这种方式，PWM 控制实现了将交流信号转换为之流脉冲信号，并输出来触发直流变换器的功率开关，实现对输出电流的控制。2.控制电路的设计1）PWM控制芯片 为了能改变输出电压的大小，我们选择SG1525电压调节芯片作为我们调节PWM控制，并最终来调节输出电压的大小。 电压调节芯片SG1525构造 SG1525其引脚主要功能如下： 引脚 主要功能 引脚 主要功能 1 负误差取样输入端 9 补偿端 2 正误差取样输入端 10 关闭输出 3 同步信号输入 11 输出A端 4 振荡器信号输出 12 地 5 振荡器接电容端 13 正电源 6 振荡器接电阻端 14 输出B端 7 RC振荡放电端 15 欠压检测 8 柔顺起动端 16 基准电压SG1525管脚图图8-3 SG1525内部构造图图8-4 各点工作波形基准电压源 基准电压源是一个三端稳压电路，其输入电压VCC 可在（835）V内变化，通常采用+15V，其输出电压VST5.1V，精度1%，采用温度补偿，作为芯片内部电路的电源，也可为芯片外围电路提供标准电源，向外输出电流可达400mA，没有过流保护电路。 振荡电路 由一个双门限电压均从基准电源取得，其高门限电压VH=3.9低门限电压VL=0.9V，内部横流源向CT 充电，其端压VC 线性上升，构成锯齿波的上升沿，当VC=VH时比较器动作，充电过程结束，上升时间t1=0.67RTCT比较器动作时使放电电路接通，CT 放电，VC 下降并形成锯齿波的下降沿，当VC=VL时比较器动作，放电过程结束，完成一个工作循环，下降时间t2=1.3RDCT，锯齿波的基本周期 T=t1+t2 = (0.67RT+1.3RD) CT ，因为RDt2，所以上升沿作为工作沿，下降沿作为回扫沿。 芯片工作过程 2）外围电路设计 在使用这块芯片的时候主要遇到了两个问题。一个是不能通过设计充放电电阻电容的值来改变芯片产生的锯齿波的频率，锯齿波的频率始终为100KHz，由于这也符合我们的设计指标，所以就将就用着。我在设计时选用了14.7K的RT、1n的CT以及100的RD，计算得到的锯齿波频率为100.02KHz。 其余一些管脚的设置相对而言比较随意，按照参考书目上给的一些图，接地的接地，上拉的上拉。具体接线图8-5： 图8-5 锯齿波波形如图8-6所示： 图8-6虽然Datasheet上说明锯齿波的峰峰值为0.9V3.9V，但实际测量波形如图所示，仅0.9V3.3V。另外，Datasheet给出的输出电平为5V左右，可是实际测得的输出电平却达到了14V。输出波形图如图8-7：图8-7电压调节芯片SG1525 具体的内部结构如图8-1所示。其中，脚16 为SG1525的基准电压源输出，精度可以达到（5.11）V，采用了温度补偿，而且设有过流保护电路。脚5，脚6，脚7内有一个双门限比较器，内电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG1525 的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1 及脚2 分别为芯片内误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器，直流开环增益为70dB 左右。根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9 和脚1 之间一般要添加适当的反馈补偿网络。 九 检测电路设计开关电源中常用的检测方法有：电阻检测法、传统电磁式电压互感器（PT）和电流互感器（CT）检测法以及霍尔传感器检测法等。其中，电阻检测法在大功率、大电流开关稳压电源中检测电阻的功耗很大；电流互感器检测法需要考虑磁心去磁复位避免饱和以及副边电流下垂的问题。相比之下，磁场平衡式霍尔电流传感器具有以下优点：测量范围广，可测量直流、交流和脉冲等各种形式的电流；测量精度高，可做到优于1%；线性好；电气隔离特性好；过载能力强；响应速度快，动态特性好；抗电磁干扰和外界温度变化特性好；体积小、重量轻；安装调试简单方便。基于以上一系列优点，磁场平衡式霍尔电流传感器在开关稳压电源中得到了广泛的应用，本小组的开关稳压电源系统中亦采用了霍尔电流传感器。十 保护电路设计为了能应对来自外界的恶劣条件和自身发生的故障，能对电源提供及时保护以免电源损坏，影响整个板子的正常工作，我们需要对保护电路进行设计。一个较为完善的保护电路应包含如下部分：过电压保护、欠电压保护、过电流保护、软启动电路等。开关电源设计中对保护电路的要求如下：软启动自动保护电路的延迟时间一定要大于开关电源电路中一次整流和滤波电路的恢复时间，即滤波电容的充电时间；过流、过压、欠压和过热保护等电路的采样处理、反馈控制和关断功率开关过程所用的时间总和要小于功率转换时间，即保护动作时限要短；保护电路切出故障以后要能够自我恢复到正常状态，等待下一次异常情况发生时再动作。1、过电压保护过电压保护又可分为外部过电压雷击过电压和操作过电压；内部过电压换相过电压和关断过电压。压敏电阻在过电压保护中起着重要的作用，压敏电阻也叫浪涌吸收器，它的主要特点如下：限压特性好，电压非线性系数大，U-I 特性对称。工作电压范围宽，可从3 伏到几万伏。电流容量大，其通流密度可达到2000A/cm2。响应速度快，响应时间小于50ns，无续流。功耗小，在非保护状态下，其漏电流为微安级。残压比小。电压温度系数小。体积小、重量轻且价格便宜。可靠性好，无故障工作时间可达到几十年。在设计开关稳定电源时，压敏电阻的最大作用是并联在电源输出端，在感性负载或弧光放电负载的情况下，用来吸收浪涌电压，保护电源内部器件。另外，压敏电阻还可以对二极管（整流器）和高频变压器等提供过压保护。在稳压电源中常用的有MYG 高压压敏电阻、MYH 灭弧压敏电阻和MYW 稳压压敏电阻。2、过电流保护对于过电流保护，一般分为两类：关断方式和限流方式。关断方式是出现过流即关断开关管。限流方式是当输出电流达到规定值时，就被限定在这个电流上，不再继续上升。过电流保护最简单的方法就是在电路中串联接入熔断丝。当开关电源的输出电流超过规定值时，熔断丝会熔断，切断输入电源，达到保护电源的目的。但是熔断丝的熔断需要一定的时间，往往在这段时间里，电源内的某些元器件已被烧毁，所以，熔断丝不是一种可靠的过流保护方法。另外，可以利用电流检测回路直接检测电路的电流，然后与设定的阈值比较，用比较器的输出去控制驱动信号的关断，从而关断开关管。图10-1-1 利用电流传感器进行过流保护电路图10-1-2 PWM 控制电路的输出驱动波形图3、软启动电路开关电源的输入电路大都采用整流加电容滤波电路。在输入电源未接通时，滤波电容上的初始电压为零。在输入电源接通的瞬间，滤波电容器快速充电，会产生很大的瞬时冲击电流，如图10-2 所示。特别是大功率开关电源，其输入采用较大容量的滤波电容器，其冲击电流可达100A 以上。如此大的冲击电流幅值会导致电网电闸的跳闸或者击穿整流二极管。为保证开关电源正常而可靠的运行，在开关稳压电源的输入电路中增加软启动电路，以防止冲击电流的产生。图10-2 合闸瞬间滤波电容电流波形a）热敏电阻软启动电路热敏电阻软启动电路利用热敏电阻的t R 的负温度系数特性，在电源接通瞬间，热敏电阻的阻值较大，达到限制冲击电流的作用；当热敏电阻流过较大电流时，电阻发热而使其阻值变小，电路处于正常工作状态。采用热敏电阻防止冲击电流一般适用于小功率开关电源，由于热敏电阻的热惯性，重新恢复高阻需要时间，故对于电源断电后又需要很快接通的情况，有时起不到限流作用。电路如图10-3 所示。图10-3 热敏电阻软启动电路b）可控硅（SCR）软启动电路可控硅（SCR）软启动电路如图10-4 所示。在电源瞬时接通时，输入电压经整流桥VD1-VD4 和限流电阻R 对电容器C 充电。当电容器C 充电到约80%的额定电压时，逆变器正常工作，经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻R，开关电源处于正常运行状态。VD5、VD6、VT1、RB 、CB组成瞬时断电检测电路，时间常数B B = R C 的选取应稍大于半个周期，当输入发生瞬间断电时，检测电路得到的检测信号，关 闭逆变器功率开关管VT2 的驱动信号，使逆变器停止工作，同时切断晶闸管SCR 的门极触发信号，确保电源重新接通时防止冲击电流。图10-4 具有关断检测的SCR-R 电路这部分我们主要做的是MOS管的保护，保护电路（缓冲电路）如图10-5。图10-5这里我们采用的是RCD缓冲电路。它有三个作用：吸收过压尖峰，减缓dUCE/dt 和充电分流使开关管电流减小。它的工作原理如下：T关断时，Cs 通过Ds 充电至UCE，T开通时，Cs 通过Rs 放电。 参数的计算由一下式子决定： T 关断时电容C 充电能量为：；可以计算得到电容： ；T 开通时，电容向电阻放电，电容两端的电压：；要求在ton时间内放电完毕，一般认为在t3RC时电容基本放电完毕，因此有：；校核电容的放电电流，限制其放电电流为25 Ic； 最大放电电流，因此有。 具体的计算步骤我们在这里不赘述，在图10-5我们已经给出了各参数数值。下面我们给出经过缓冲后的MOS管两端电流以及电压放大波形，从图10-6，图10-7中我们可以看到它们的波形还是比较平滑的。图10-6图10-7十一 电磁兼容性电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility, EMC）是指装置、设备或系统在特定电磁环境中能正常工作，并且不对该环境中其他装置、设备或系统造成电磁干扰的能力。电源的EMC 包含两个方面：电源能抑制其他装置、设备或系统对其造成的电磁干扰；电源不对其他装置、设备或系统造成电磁干扰。开关电源产生的电磁干扰（Electromagnetic Interference, EMI）主要来自功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自市电电网的变化、雷电干扰、外界设备产生的辐射干扰等。电源工作中产生的电压或电流突变，即较大的du/dt 和di/dt是形成EMI 源的主要原因。1、传输电磁干扰的通道开关电源中的电磁干扰，从传输方式可分为传导干扰和辐射干扰两大类。任何导体包括导线、电缆、PCB 的带状线、电感器、电容器等都可成为传导干扰的传输通道。传输通道可分为以下三种形式：电容传导耦合电感传导耦合电阻传导耦合图11-1-1 电容传导耦合等效电路图11-1-2 电感传导耦合等效电路 图11-1-3 共用电源内阻产生的电阻传导耦合等效电路 图11-1-4 共用地线阻抗产生的电阻传导耦合等效电路图11-1-5 共用线路阻抗产生的电阻传导耦合等效电路辐射干扰是指以电磁波形式传播的干扰，通常通过屏蔽的方式来抑制辐射干扰。2、EMI 的抑制方法实现电源 EMC 的技术措施有两种：（1） 尽量减少电源本身所产生的干扰源，利用抑制干扰的方法或使用产生干扰最小的元器件和电路，并进行合理布局；（2） 通过接地、屏蔽和滤波等技术抑制电源产生的干扰或提高电源的抗干扰能力。在之前的报告中已经涉及了许多抑制EMI 的具体方法，如采用阻尼网络抑制尖峰电压、采用压敏电阻吸收浪涌电压、给开关管加设缓冲电路。另外还需要考虑接地、屏蔽和布线对EMI 的影响。 a）接地理想的接地面应该是零阻抗和零点位的物理实体，接地的目的是防止EMI，也有保障人身和设备安全方面的考虑，电源接地应遵循以下原则：（1） 分别建立交流、直流和信号的接地通路；（2） 在接地面上，电源接地与信号接地要互相隔离，减小地线间耦合；（3） 电源接地通路，要尽可能以直接的路径接到阻抗最低的接地导体上；（4） 若电源电路有几条接地通路，要将这几条接地通路接到电源的公共接点上，以保证电源电路有低的阻抗通路；（5） 不要采用多端接地母线或横向接地环；（6） 在接地母线中尽量少用串联接头；（7） 交流中线必须与机架地线绝缘，并且不能作为电源的接地使用；（8） 为了降低接地连接的阻抗，地线应当短而宽，并与接地面可靠地焊接；（9） 输入电缆的屏蔽层的接地不能在机壳内，必须在机壳的入口处接地，这样可避免屏蔽层将干扰带到机壳内；（10） 不能利用交流输入电源的地线当作信号地线。 b）屏蔽屏蔽的作用是使容器里的电源不对容器外的电子设备产生辐射干扰；同时容器外的电子设备（EMI 源）不对容器内的电源产生辐射干扰。屏蔽的方法一般分为：静电屏蔽防止静电耦合干扰；磁屏蔽防止低频磁场的干扰；电磁屏蔽防止高频场的干扰。在电源中需要屏蔽的是高频变压器、储能线圈、继电器、大功率开关器、输入和输出电缆等。许多模块电源采用全密封封装方式，外壳设计成全屏蔽结构，能有效抑制电磁干扰和射频干扰。实际设计时应注意孔洞和缝隙要远离电流载体，如线路板、电缆、母排、变压器等；对孔洞与缝隙采用电磁密封衬垫减小电磁泄漏，如采用导电橡胶、铜簧片、金属丝网罩、螺旋管等。线路板上最主要的辐射源是电路的振荡器、时钟电路、地址总线的低位数据线以及功率回路中的PWM电路等。在性能允许时，尽可能降低频率，减小差模电流的环路面积，降低电路对干扰的敏感度。尽量使用大规模集成电路，使用表贴元件，不使用芯片插座。 c）布线一般情况下，布线应遵循以下原则：（1） 电源内部的布线应尽量短，高频电路的布线更应该注意此点；（2） 载有大电流的导线应与信号线隔离；（3） 输出线不要靠近输入线；（4） 高频线应避免平行排列，特别是不能像低频线那样捆成线扎；（5） 尽量减小引线电感；（6） 产生干扰的元器件（例如可控硅整流器、功率开关管、高频变压器等）应尽量靠近与它们相关的负载，以使耦合路径最短；（7） 当同一电源给几个电子设备供电时，这些电子设备之间必须用旁路电容去藕；（8） 导线的分类和敷设应该根据其电磁兼容性进行分类。按类组束、按束敷设。图11-2 双绞线的屏蔽作用3、电源滤波器电源滤波器接在市电电网与电源输入端之间，它不仅能有效地抑制传导干扰，还对传输线上发射出的辐射干扰也具有一定的抑制作用。电源滤波器的原理图如图11-3所示。图中，L1和C1为抑制差模干扰的网络，L2和C2为抑制共模干扰的网络。两个L1的铁心应选择不易磁饱和的材料。C1容量为0.220.47F，应选用低损耗的陶瓷电容器或聚酯薄膜电容器。L2为共模电感，它是在同一铁心上绕制的匝数相等的两个绕组，电源线的往返电流分别通过两个绕组，所产生的磁通方向相反，相互抵消，不起电感作用。但对共模干扰来说，它呈现一个大感量的电感，具有很高的阻抗，对共模干扰有良好的抑制作用。图11-3 电源滤波器原理图4、EMI 滤波器开关电源的EMI滤波器是一个低通滤波器图11-4 EMI滤波器原理图图11-5-1 共模干扰滤波网络的等效图图11-5-2 差模干扰滤波网络的等效图无源低通网络EMI滤波器具有互易性，它能抑制外部电磁干扰传输到开关电源，也能有效地消除开关电源对市电电网的干扰。5、输出滤波器输出滤波器可以有效地抑制差模干扰。常见的输出滤波器结构中，电感线圈L1和L2对高频干扰呈现高阻抗，而C1呈现低阻抗，能有效抑制高频干扰。若将L1和L2组成共模电感线圈结构，会对对称和非对称的干扰都有较好的滤波效果。 图11-6-1 常见的输出滤波器图11-6-2 带有共模电感线圈的输出滤波6、PCB 板设计印制电路板（PCB）的设计对减小开关电源的辐射干扰是相当重要的。在设计PCB 时，应遵循以下原则：（1） 尽量拉大线间距离，以减小电容和耦合电感；（2） 信号线间不能平行。若两条信号线平行不可避免，可拉大线间距离、在两条信号之间加一条地线或者使两条信号线上流过的电流相反；（3） 尽可能加粗电源线条和地线条，并在电源线条和地线条之间并接一只高频去藕电容器；（4） 减小干扰源和敏感电路的环路面积，并使干扰源的线条与敏感电路的线条成直角，可降低线条间耦合；（5） 对干扰源或敏感电路采用静电屏蔽，屏蔽层应良好接地；（6） 正、负载流导线可平行地安排在双面印制板的两面，可相互抵消它们产生的磁场；（7） 电路元器件应安排紧密，布线紧凑。但输入部分和输出部分的元器件不应靠近；（8） 印制线的长度应尽量短、宽度尽量宽、厚度尽量厚，这样可以减小印制线的直流电阻和自感。印制线拐弯处应采取圆弧形。十二 散热设计1、散热设计的重要性为了提高电力电子设备的可靠性，必须考虑散热设计，开关电源是用来保证电子设备的能量供应的，所以稳定的开关电源对于整个系统尤为重要。开关电源内部的温升将导致元器件的失效，当温度超过一定值时,失效率将呈指数规律增加，温度超过极限值时将导致元器件失效。温度和故障率的关系是成正比的,可以用下式来表示：式中F故障率；A常数；E功率；K玻尔兹曼常量(8.63e-5eV/K)；T结点温度；2、开关器件的热设计由于半导体器件所产生的热量在开关电源中占主导地位，其热量主要来源于半导体器件的开通、关断及导通损耗。通过加装散热器是解决开关电源的散热问题的主要方法。图12-1是功率器件热设计的一般流程图：图 12-1 功率器件热设计流程图功率器件受到的热应力可来自器件内部，也可来自器件外部。若器件的散热能力有限，则功率的耗散就会造成器件内部芯片有源区温度上升及结温升高，使得器件可靠性降低，无法安全工作。表征器件热能力的参数主要有结温和热阻。器件的有源区可以是结型器件（如晶体管）的PN 结区、场效应器件的沟道区，也可以是集成电路的扩散电阻或薄膜电阻等。当结温TJ 高于周围环境温度TA 时，热量通过温差形成扩散热流，由芯片通过管壳向外散发，散发出的热量随着温差(TJ TA) 的增大而增大。为了保证器件能够长期正常工作，必须规定一个最高允许结温 TJ max 。TJ max 的大小是根据器件的芯片材料、封装材料和可靠性要求确定的。功率器件的散热能力通常用热阻表征，记为R th 。热阻即热平衡条件下两点间的温差与产生该温差的耗散功率之比。Rth = T / Ploss ,热阻越大，则散热能力越差。热阻又分为内热阻和外热阻：内热阻是器件自身固有的热阻，与管芯、外壳材料的导热率、厚度和截面积以及加工工艺等有关；外热阻则与管壳封装的形式有关。一般来说，管壳面积越大，则外热阻越小。金属管壳的外热阻明显低于塑封管壳的外热阻。a）散热器热阻RthC A的选择 散热计算就是在一定的工作条件下，通过计算来确定合适的散热措施及散热器。在我们的设计中，散热计算应满足如下方程：式中P loss 开关管功耗； R thJ C 管芯管壳热阻，数值由 开关管参数决定； R thC A 散热器环境热阻；根据本次设计要求的工作温度范围（040）确定最高环境温度T A max =40 ，同时规定最高结温不超过130，即TJ max =130。不同的开关管所允许的功耗不同，本次设计中所选IGBT 型号为IRGBC40F（图12-2是IRGBC40F 的Datasheet），根据图12-2 的具体参数可以得到RthJC =0.77/W, Ploss =65W。计算最大允许的散热器到环境热阻RthC A 为：将所知数值代入上式可得:b）散热器材料的选择实际上散热器对环境的散热包括外表面的散热和外壳的散热，而直接由外壳散发到空气的热量相比之下要比通过表面散发的热量小的多，可以忽略不计。选择散热器材料时，需要保证散热器温升所散发的热量小于规定的最大表面散热，即满足以下方程：式中RthC S外壳到外表面的热阻，RthC S =0.5/W；代入上式，得到TS 65 (0.61 0.5) = 7.4 .根据所得允许热量，查看散热片特性曲线（图12-2），选择本次所设计开关管的散热器为厚度1mm 铜板，散热器面积为70cm2。图12-2 散热片特性曲线c）散热方式的选择一般的，散热方式可采用自然空冷、强制风冷、水冷、油冷、热管散热。强制风冷（34），噪声大、维护量大；水冷（15150），维护量极大，需要水处理和循环，有凝露和低温下冻结的问题；油冷（1530），维护量较水冷小，循环油冷效率可提高3 倍；热管散热（沸腾冷却），效率很高，设计灵活；本次设计中散热器所需表面积较大，因此为散热器选择的散热方式为油冷散热，提高效率。d）安装散热器时需遵从的事项安装时，应尽量增大器件和散热器的接触面积和压力，还用硅脂涂在接触面上，这样做可使接触电阻降低22%35%。当接触面接触不良时，可垫入铜箔，其热阻可降低20%45%；散热器表面应粗糙（与器件接触面应有良好的光洁程度），涂黑色，以加强辐射散热的效果；当晶体管和机架要绝缘时，不应采用管壳下垫绝缘片的办法，而应采用散热器与机架绝缘的办法；3、高频变压器的热设计由第六节的讨论可知，在给定变压器效率的情况下，变压器的允许功耗可由下式计算得到：Ploss = Pcu + PFe一般情况下，高效率变压器的铜损和铁损接近，因此热设计时可在留一定裕量的前提下近似由铜损算得变压器总损耗。已知Pcu = 0.47 W ，近似取Ploss = 1.5 W 。变压器的允许温升为：T = Ploss / Ah；式中A散热器表面散热面积；h对流换热系数；本次设计中散热器散热方式采用自然对流，取h=10。由于变压器的最高工作温度决定与绝缘材料的绝缘等级，为提高绝缘性能，变压器的允许温升也相应提高。选择绝缘等级为C 级，则最高工作温度为135。因为最高环境温度为40，可以估计允许温升的范围较大，查看图12-2，选择本次所设计变压器的散热器为厚度1mm 铜板，散热器面积为50cm2 。将以上数据代入公式，得T = 1.5/ 50104 10 = 30。所得温升满足图12-2以及绝缘等级要求的允许温升范围。