开关电源关键器件的热设计
单端反激式开关电源中变压器的设计
单端反激式开关电源中变压器的设计变压器作为单端反激式开关电源中的关键部件，在一定时间内具有不变的变换特性，因此具有较强的可靠性。
变压器的设计方案的选择对单端反激式开关电源的工作稳定性和效率都有很大的影响，因此变压器的设计步骤和要求都需要非常精细地考虑。
一、变压器设计步骤1、选择基本参数：在变压器设计中，首先要根据单端反激式开关电源的功率、输入电压、输出电压、铁芯材料、匝数及其他参数等，确定变压器的基本参数。
2、磁材和匝组设计：根据变压器的基本参数，确定变压器的磁芯材料，以及计算求出的空心铁芯的尺寸，以此作为变压器的磁材和匝组设计的参考。
3、选择变压器结构形式：根据变压器的功率大小，以及其应用环境的实际情况，选择工作最稳定的变压器结构形式。
4、绕组设计：针对上述选择的变压器结构形式，根据变压器的基本参数，选择合适的绕组几何参数，并根据电流要求以及其他条件，采用不同的工艺技术完成绕组的设计。
5、振荡线圈设计：由于单端反激式开关电源较复杂，为了实现对电压幅值、相位和线性度的控制，可能要设计振荡线圈。
因此，在实际的设计中，需要根据电路的实际要求，进行振荡线圈的合理设计。
1、电气特性要求：变压器的电气特性包括变换率、耐压要求、绝缘耐压要求、额定功率、工频噪声。
变压器应能满足额定电压比、额定电流、绝缘耐压、额定功率等要求，而且应保持满足所需的线性度要求，并具有良好的耐辐射和抗干扰能力。
2、机械特性要求：机械特性包括尺寸、外形和结构特性。
变压器的结构特性要求包括安装大小、安装方式、绝缘要求、电正性要求等，并要求可以长时间稳定的运行，在正常工作情况下，满足高强度，无变形。
3、热效应要求：在变压器设计中还应考虑高效率、低损耗要求，其中尤其需要考虑到热效应。
热效应要求变压器的绝缘材料具有高的热稳定性；并且磁芯的结构设计要考虑到磁芯材料的热导性和热抗性；另外，还要考虑到电磁绕组材料的空气隙、绕组物理结构等造成的损耗，以确保变压器的热效应稳定可靠。
开关电源设计开发流程
开关电源设计开发流程1. 需求分析
- 确定电源输入电压范围和输出电压规格
- 确定电源输出功率和效率要求
- 确定电源尺寸和工作环境要求
2. 拓扑结构选择
- 分析常见拓扑结构的优缺点
- 根据需求选择合适的拓扑结构
3. 关键器件选择
- 选择功率开关管
- 选择变压器
- 选择输出滤波电容和其他辅助器件
4. 电路设计
- 进行电路原理设计和仿真验证
- 进行PCB布局设计
5. 电源原型制作与调试
- 制作样机电路板
- 对电路进行调试和测试
- 进行功率和效率测试
6. 电磁兼容性(EMC)设计
- 分析电路的EMC问题
- 采取相应的EMC设计措施
7. 热设计
- 进行热分析和模拟
- 设计散热结构
8. 机械结构设计
- 确定外壳尺寸和材料
- 设计机械结构和组装工艺
9. 安全认证和标准符合性
- 进行安全认证测试
- 确保满足相关标准和规范
10. 试产和量产
- 制作小批量试产样品
- 进行可靠性测试和改进
- 量产和交付
这个流程概括了开关电源设计开发的主要步骤,具体细节需要根据实际产品需求进行调整和完善。
良好的设计流程有助于提高开发效率,确保产品质量和可靠性。
开关电源热阻计算方法及热管理
开关电源热阻计算方法及热管理、引言我们设计的DC-DC电源一般包含电容、电感、肖特基、电阻、芯片等元器件；电源产品的转换效率不可能做到百分百，必定会有损耗，这些损耗会以温升的形式呈现在我们面前，电源系统会因热设计不良而造成寿命加速衰减。
所以热设计是系统可靠性设计环节中尤为重要的一面。
但是热设计也是十分困难的事情，涉及到的因素太多，比如电路板的尺寸和是否有空气流动。
我们在查看IC产品规格书时，经常会看到R JA、T J、T STG T LEAD等名词；首先R JA是指芯片热阻，即每损耗1W时对应的芯片结点温升，T J是指芯片的结温，T STG是指芯片的存储温度范围，T LEAD是指芯片的加工温度。
、术语解释首先了解一下与温度有关的术语：T J、T A、T C、T T。
由“图1 ”可以看出，T J是指芯片内部的结点温度，T A是指芯片所处的环境温度，T C是指芯片背部焊盘或者是底部外壳温度，T T是指芯片的表面温度。
数据表中常见的表征热性能的参数是热阻R A,R A定义为芯片的结点到周围环境的热阻。
其中T J = T A +（R A *P D）励国空弐遏度Rji T T R M图1.简化热阻模型对于芯片所产生的热量，主要有两条散热路径。
第一条路径是从芯片的结点到芯片顶部塑封体（R JT），通过对流/辐射（R TA）到周围空气；第二条路径是从芯片的结点到背部焊盘（R JC），通过对流/辐射（R CA）传导至PCB板表面和周围空气。
对于没有散热焊盘的芯片，RC是指结点到塑封体顶部的热阻；因为R JC代表从芯片内的结点到外界的最低热阻路径。
三、典型热阻值表1典型热阻从表1可以看出，热阻与PCB板尺寸、空气流动、PCB板厚度、过孔数量等参数都有关系。
四、设计实例某直流降压方案，输出5V,电流1A,转换效率n为90%,环境温度TA为50 C。
使用的电容额定温度100 C,且跟芯片靠的很近，要求芯片TJ温度控制在90 C。
BUCK型DCDC开关电源芯片的设计与实现
BUCK型DCDC开关电源芯片的设计与实现一、Buck型DC-DC开关电源的原理Buck型DC-DC开关电源采用PWM（脉宽调制）技术实现降压功率转换。
其基本原理是通过开关管（MOSFET）的开关控制，使电源源电压经过电感产生瞬间高压脉冲，然后经过二极管和电容进行滤波，从而得到较低的输出电压。
1.选取合适的芯片2.电路设计在电路设计中，需要考虑以下关键元件：（1）开关管（MOSFET）：选择合适的MOSFET型号，使其能够承受输入电压和输出电流，并具有低导通压降和低开关损耗。
（2）电感：选择合适的电感器件，使其具有足够的电感值，以满足电路的输出电流要求，同时要考虑其饱和电流和电流纹波等参数。
（3）二极管：选用具有较高效率和低电压降的二极管，以减小功率损耗。
（4）滤波电容：选择适当的电容容值和工作电压，以保证输出电压的稳定性和滤波效果。
3.控制电路设计（1）比较器：用于比较输出电压反馈和参考电压，生成PWM信号。
（2）误差放大器：通过调节反馈电压和参考电压之间的差值，实现输出电压的稳定控制。
（3）反馈电路：将输出电压反馈给误差放大器，使其可以实时调节PWM信号。
4.输出过压保护与过流保护为了确保开关电源在异常工作条件下能够保持安全可靠的操作，需要添加过压保护和过流保护电路。
过压保护电路通常通过监测输出电压，当输出电压超过设定阈值时，立即切断开关管的导通。
过流保护电路通过监测输出电流，当输出电流超过设定阈值时，同样会切断开关管的导通。
5.PCB布局与散热设计在设计过程中，需要合理布局电路元件，以减小元件之间的相互干扰，并降低热量产生。
合理进行散热设计，确保开关管和散热器的有效散热，以保证开关电源的稳定工作。
三、BUCK型DC-DC开关电源的测试与调试完成电路设计后，需要进行测试和调试来验证设计的正确性和可靠性。
主要包括以下测试：（1）输入电压测试：测试开关电源在不同输入电压下的输出电压和效率。
（2）输出电压稳定性测试：测试开关电源在稳定工作状态下，输出电压随负载变化的情况。
开关电源技术与设计pdf
开关电源技术与设计pdf开关电源技术与设计一直是电子工程师需要掌握的核心技术之一。
在电源电子学中，开关电源是一种将直流电变成所需电压的电路，广泛应用于计算机、通信、工业控制、家用电器等领域。
本文将对开关电源技术与设计进行简要介绍。
一、开关电源技术简介开关电源技术是利用开关管的导通和截止来改变电路的导通状态，通过变换电路元器件的电容、电感和电阻等特性来实现所需电流与电压变化的电路技术。
开关电源技术的最大特点是具有高效率、小体积、高可靠性和灵活性等优势。
二、开关电源设计要点1.开关管的选择：开关管是开关电源设计的核心元器件，选择适合的开关管能够使开关电源的效率和可靠性得到保证。
同时需要充分考虑开关管的耐压、导通电阻和开关速度等因素。
2.输出滤波电路：开关电源输出会产生噪声和干扰信号，需要通过输出滤波电路来减小这些干扰。
常见的输出滤波电路包括低通滤波器和Pi 型滤波器。
3.稳压控制电路：开关电源需要稳定的电压输出，需要通过稳压控制电路来实现。
常见的稳压控制电路包括线性稳压器和开关稳压器。
4.过流过压保护电路：在电路工作过程中，可能会出现过流或过压现象，需要具备相应的保护电路来避免由此带来的危险。
常见的过流过压保护电路包括电流保护器和限流电路。
5.开关电源的散热设计：由于开关电源功率密度较高，会产生大量的热量，需要通过散热设计来保证电路正常运行。
常见的散热设计包括散热器的选择和散热片的设计。
三、开关电源常见故障及排除方法1.输出电压不稳定：可以检查稳压控制电路是否正常，输出滤波电路是否失效。
2.开关管损坏：检查开关管的选型是否合适，开关管的驱动电路是否正常。
3.电路启动不正常：可以检查开关管是否导通，控制电路是否启动。
四、开关电源的未来发展趋势随着新能源、智能家居、工业自动化等领域的不断拓展，开关电源将会以更高效、更小型、更智能的形式得到广泛应用。
在新材料、新工艺的技术驱动下，开关电源的未来发展趋势将会更加多样化和创新化。
开关电源设计(精通型)
开关电源设计（精通型）一、开关电源基本原理及分类1. 基本原理开关电源的工作原理是通过控制开关器件的导通与关断，实现电能的高效转换。
它主要由输入整流滤波电路、开关变压器、输出整流滤波电路和控制电路组成。
在开关电源中，开关器件将输入的交流电压转换为高频脉冲电压，通过开关变压器实现电压的升降，经过输出整流滤波电路，得到稳定的直流电压。
2. 分类（1）PWM（脉冲宽度调制）型开关电源：通过调节脉冲宽度来控制输出电压，具有高效、高精度等特点。
（2）PFM（脉冲频率调制）型开关电源：通过调节脉冲频率来控制输出电压，适用于负载变化较大的场合。
二、开关电源关键技术与设计要点1. 高频变压器设计（1）选用合适的磁芯材料，保证变压器在高频工作时的磁通密度不超过饱和磁通密度。
（2）合理设计变压器的绕组匝数比，以满足输出电压和电流的要求。
（3）考虑变压器损耗，包括铜损、铁损和杂散损耗，确保变压器具有较高的效率。
2. 开关器件的选择与应用（1）开关频率：根据开关电源的设计要求，选择合适的开关频率。
（2）电压和电流等级：确保开关器件能承受最大电压和电流。
（3）功率损耗：选择低损耗的开关器件，提高开关电源的效率。
（4）驱动方式：根据开关器件的特点，选择合适的驱动电路。
3. 控制电路设计（1）稳定性：确保控制电路在各种工况下都能稳定工作。
（2）精度：提高控制电路的采样精度，降低输出电压的波动。
（3）保护功能：设置过压、过流、短路等保护功能，提高开关电源的可靠性。
三、开关电源设计实例分析1. 确定设计指标输入电压：AC 85265V输出电压：DC 24V输出电流：4.17A效率：≥90%2. 高频变压器设计选用EE型磁芯，计算磁芯尺寸、绕组匝数和线径。
3. 开关器件选择根据设计指标，选择一款适合的MOSFET作为开关器件。
4. 控制电路设计采用UC3842作为控制芯片，设计控制电路，实现开关电源的稳压输出。
5. 实验验证搭建实验平台，对设计的开关电源进行测试，验证其性能指标是否符合要求。
开关电源热阻计算方法及热管理
开关电源热阻计算方法及热管理我们设计的DC-DC电源一般包含电容、电感、肖特基、电阻、芯片等元器件；电源产品的转换效率不可能做到百分百，必定会有损耗，这些损耗会以温升的形式呈现在我们面前，电源系统会因热设计不良而造成寿命加速衰减。
所以热设计是系统可靠性设计环节中尤为重要的一面。
但是热设计也是十分困难的事情，涉及到的因素太多，比如电路板的尺寸和是否有空气流动。
我们在查看IC产品规格书时，经常会看到RJA 、TJ、TSTG、TLEAD等名词；首先RJA是指芯片热阻，即每损耗1W时对应的芯片结点温升，TJ 是指芯片的结温，TSTG是指芯片的存储温度范围，TLEAD是指芯片的加工温度。
二、术语解释首先了解一下与温度有关的术语：TJ 、TA、TC、TT。
由“图1”可以看出，TJ是指芯片内部的结点温度，TA 是指芯片所处的环境温度，TC是指芯片背部焊盘或者是底部外壳温度，TT是指芯片的表面温度。
数据表中常见的表征热性能的参数是热阻RJA ，RJA定义为芯片的结点到周围环境的热阻。
其中TJ = TA+（RJA*PD）图1.简化热阻模型对于芯片所产生的热量，主要有两条散热路径。
第一条路径是从芯片的结点到芯片顶部塑封体(RJT )，通过对流/辐射(RTA)到周围空气；第二条路径是从芯片的结点到背部焊盘(RJC )，通过对流/辐射(RCA)传导至PCB板表面和周围空气。
对于没有散热焊盘的芯片，RJC 是指结点到塑封体顶部的热阻；因为RJC代表从芯片内的结点到外界的最低热阻路径。
三、典型热阻值表1典型热阻从表1可以看出，热阻与PCB板尺寸、空气流动、PCB板厚度、过孔数量等参数都有关系。
四、设计实例某直流降压方案，输出5V，电流1A，转换效率η为90%，环境温度TA为50℃。
使用的电容额定温度100℃，且跟芯片靠的很近，要求芯片TJ温度控制在90℃。
首先系统的损耗PD=VOUT*IOUT*(1/η-1)=5*1*（1/0.9-1）=0.56W假定所有损耗都算在芯片上，可以计算出：热阻RJA≤(90℃-50℃)/0.56≤71.4℃/WPart.1 PCB板尺寸选用芯片的热阻要低于71.4℃/W，选用SOP8-EP芯片，其RJA为60℃/W，仍需要设计一个PCB板或散热片来把热量从塑封体传到周围空气。
开关电源关键元件热阻计算方法及热管理
开关电源一、引言我们设计的DC-DC电源一产品的转换效率不可能做到百分面前，电源系统会因热设计不良中尤为重要的一面。
但是热设计尺寸和是否有空气流动。
我们在查看IC产品规格书时片热阻，即每损耗1W时对应的芯度范围，T LEAD是指芯片的加工温度二、术语解释首先了解一下与温度有关的内部的结点温度，T A是指芯片所处T T是指芯片的表面温度。
数据表中常见的表征热性能的参其中T J = T A +（R JA *P D）对于芯片所产生的热量，顶部塑封体(R JT)，通过对流/辐射盘(R JC)，通过对流/辐射(R CA)传导对于没有散热焊盘的芯片的结点到外界的最低热阻路径三、典型热阻值关电源热阻计算方法及热管理电源一般包含电容、电感、肖特基、电阻、百分百，必定会有损耗，这些损耗会以温升不良而造成寿命加速衰减。
所以热设计是系设计也是十分困难的事情，涉及到的因素太格书时，经常会看到R JA、T J、T STG、T LEAD等名词应的芯片结点温升，T J是指芯片的结温，T工温度。
关的术语：T J、T A、T C、T T。
由“图1”可以片所处的环境温度，T C是指芯片背部焊盘或者的参数是热阻R JA，R JA定义为芯片的结点到图1.简化热阻模型，主要有两条散热路径。
第一条路径是从辐射(R TA)到周围空气；第二条路径是从芯传导至PCB板表面和周围空气。
芯片，R JC是指结点到塑封体顶部的热阻；因为径。
表1典型热阻、芯片等元器件；电源温升的形式呈现在我们是系统可靠性设计环节素太多，比如电路板的等名词；首先R JA是指芯T STG是指芯片的存储温可以看出，T J是指芯片或者是底部外壳温度，点到周围环境的热阻。
是从芯片的结点到芯片从芯片的结点到背部焊因为R JC代表从芯片内从表1可以看出，热阻与PCB板尺寸、空气流动、PCB板厚度、过孔数量等参数都有关系。
四、设计实例某直流降压方案，输出5V，电流1A，转换效率η为90%，环境温度TA为50℃。
开关电源设计中的关键技术(六)——功率开关管及LED驱动芯片的散热器设计
图 １ Ｍ Ｉ 波 器 的 典 型 电路 Ｅ 滤
１１ 选 取 Ｘ 电容 的 原 则 ．
ｌＯ Ｏｋ
按 照 耐压 值 和 用途 的不 同 ， 电 容可 划 Ｘ 分 为 ３种 类 型 ： Ｘ１电 容 、 ２电 容 和 Ｘ Ｘ ３电
一
５ — ９
Hale Waihona Puke 第 １卷 ５第７ 期
鼋涤敷 阖
Ｐ Ｗ ＥＲ Ｓ Ｐ Ｊ Ｅ Ｏ ＵＰ Ｉ Ｔ ＣＨＮＯＬ ＧＩ Ｓ ＡＮＤ ＡＰ Ｌ ＣＡ Ｉ Ｙ Ｏ Ｅ Ｐ Ｉ Ｔ ＯＮＳ
Ｖｏ ．５ Ｎｏ７ １１ ．
２ １年 ７ ０２ 月
示 ， 中就 包 含 两 只 Ｘ 电容 （ 图 Ｃ 和 ） 两 只 Ｙ 电 和
沙 占友 ， 彦 朋 王
（ 北科 技 大 学 ， 河 河北 石 家庄 ０ ０ ５ ） ５ ０ ４
摘 要 ： 关电 源不仅 应具 有抑 制 电磁 干扰 （ ＭＩ的 能力 ， 开 Ｅ ） 而且 它所产 生 的 电磁 干扰 也 必须低 于规 定的 限度 ． 不得 影响 同一 电磁环 境 中其他 电子 设备 的正 常 工作 。与此 同 时开关 电源还 必须符 合安 全
Ｓ ＨＡ ａ ｙ ｕ， ＡＮＧ ｎ ｐｅ Ｚｈ ｎ— ｏ Ｗ Ｙａ — ｎｇ
（ ｅ ｅ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｃｅ ｃ Ｈ ｂｉ ｎｖｒｉ ｆ ｉ ｅ＆ Ｔ ｃｎ ｌｇ ， ｈ ｉ ｈ ａ ｇ Ｈｅ ｅ ０ ０ ５ ， ｈｎ ） ｔ Ｓ ｎ ｅｈ ｏ ｙ Ｓ ｉａ ｕ ｎ ｂ ｉ ５ ０ ４ Ｃ ｉａ ｏ ｊｚ
pkload 开关电源设计要点
一、概述越来越多的电子产品使用pkload开关电源设计，这种设计可以提高电源转换效率并减小电路尺寸。
然而，要想设计一个高质量的pkload开关电源，需要考虑许多方面的要点。
本文将分析pkload开关电源设计的关键要点，以帮助工程师设计出更加稳定、高效的电源系统。
二、电源拓扑选择1. pkload开关电源可以采用多种不同的拓扑，包括Boost、Buck、Buck-Boost等。
在选择拓扑时，需要考虑输入/输出电压范围、负载变化情况以及转换效率等因素。
不同的拓扑适用于不同的应用场景，工程师需要根据具体情况进行选择。
2. 特殊应用场景可能需要特殊的拓扑，如高压、高频变换器等。
在选择拓扑时需充分考虑这些特殊情况，并针对性地进行设计和优化。
三、功率器件选择1. 选择合适的功率器件是pkload开关电源设计的关键。
工程师需要考虑器件的导通/关断损耗、开关速度、最大工作电压和电流、热阻等参数，以保证电源系统的稳定性和效率。
2. 典型的功率器件包括MOSFET、IGBT、二极管等，不同的器件有各自的优缺点，工程师需要根据实际需求进行选择。
四、控制策略设计1. 控制策略是pkload开关电源设计中至关重要的一环。
常见的控制策略包括电压模式控制、电流模式控制以及混合控制等，工程师需要根据应用场景选择适合的控制策略。
2. 控制策略的设计需要充分考虑系统动态响应、稳态误差、过载/短路保护等方面，以确保电源系统在各种工况下都能稳定可靠地工作。
五、参考设计及仿真验证1. 对于pkload开关电源设计，工程师可以参考已有的设计方案和资料，以快速搭建原型并进行测试验证。
2. 在实际设计过程中，可以利用仿真软件如SPICE、PSIM等进行电路仿真，以评估系统的性能、稳定性和可靠性，并优化设计方案。
六、EMI/EMC设计1. 电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI）是pkload开关电源设计中需要重点考虑的问题。
电源系统产生的干扰可能影响其他电子设备的正常工作，因此需要进行EMI/EMC设计并满足相应标准要求。
开关电源设计报告
开关电源设计报告目录•引言•开关电源基本原理•开关电源设计流程•开关电源关键技术•开关电源设计实例•开关电源发展趋势与展望01引言Part报告目的和背景目的本报告旨在介绍开关电源的基本原理、设计方法、性能指标以及应用领域，为读者提供关于开关电源的全面了解和指导。
背景随着电子设备的快速发展，开关电源作为一种高效、可靠的电源供应方式，在各个领域得到了广泛应用。
了解和掌握开关电源的相关知识对于电子工程师和相关从业人员具有重要意义。
开关电源简介定义开关电源是一种通过控制开关管开通和关断的时间比率，将输入电压转换成稳定输出电压的电源供应方式。
工作原理开关电源通过将输入电压整流成直流电压，然后通过开关管和高频变压器进行能量转换，最终输出稳定的直流电压。
特点开关电源具有效率高、体积小、重量轻、稳定性好等优点，广泛应用于计算机、通信、工业控制等领域。
02开关电源基本原理Part开关电源工作原理开关电源的基本原理是通过控制开关管的工作状态，将输入的直流电压转换成高频的矩形波电压，再通过整流滤波电路将高频的矩形波电压转换成直流电压输出。
开关电源主要由输入电路、输出电路、控制电路和开关管组成。
输入电路的作用是隔离和保护输入电压，输出电路的作用是稳定输出电压和滤波，控制电路的作用是调节开关管的工作状态，开关管的作用是控制能量转换。
根据输出电压是否可调，开关电源可分为定压式和稳压式。
定压式开关电源的输出电压是固定的，而稳压式开关电源的输出电压可以通过调节控制电路来改变。
根据输入电压是否可变，开关电源可分为单输入式和多输入式。
单输入式开关电源只能接收一种输入电压，而多输入式开关电源可以接收多种输入电压。
效率高开关电源的效率一般可达到80%以上，比传统的线性电源高出很多。
可靠性高开关电源的电路设计简单，元器件数量少，因此其可靠性相对较高。
体积小由于采用了高频变压器，开关电源的体积可以做得非常小，有利于设备的紧凑设计。
重量轻由于体积小，重量也相对较轻，便于携带和移动。
开关电源的热分析与计算
方法：
a、优选控制方式：软开关技术(QR,LLC,有源钳位),移相控制技术,同步整流 b、选用低功耗的器件：CoolMOS,SiC diode,高磁导率的磁性材料等 c、根据应用的场合，做好元器件的降额设计
Ths=PD*Rθ sa+Ta
同样可以得出耗散功率的计算公式
PD=(Ths+Ta)/Rθ sa
焊盘大小对散热的影响：
如右图是PCB上铜箔厚度为2OZ(约70um 56.7g)焊盘面积与热阻的对应关系，由图可以看 出，当散热焊盘面积大于0.2in2时，热阻对应约 0.5℃/W,即使再继续加大焊盘面积，但热阻基本 不变，也就是说对散热不再有帮助，所以说散热 焊盘的面积也不越大越好。
热路与温度的计算
结温的计算：
从以上几个热电路可以看出，结温等于热路中温升之和再加上环境温度。 即 Tjmax=PD*(Rθ
jc
+Rθ cs+Rθ sa)+Ta
例：某大功率工业电源的PFC电路，经计算IGBT的损耗为15W,升压二极管损耗为17W，
两管同时装在一个散热器上；IGBT芯片到外壳的热阻为0.85℃/W，升压二极管到 外壳的热阻为1.9℃/W，绝缘矽胶片与散热膏的总热阻为0.7℃/W，散热器的热阻 为1.3℃/W；环境温度为60℃，求IGBT与二极管芯片的结温。 解：根据题意可以画出等效热电路（略） 对于IGBT,有 Tjmax1=(15+17)*1.3+(0.85+0.7)*15+60 =41.6+23.25+60 =124.85 ℃ 对于Diode,有 Tjmax2=(15+17)*1.3+(1.9+0.7)*17+60 =41.6+44.2+60 =145.8 ℃
高压开关电源散热设计原则及常见方法
高压开关电源散热设计原则及常见方法摘要：由于开关电源中使用了大量的大功率器件，它们在工作时会产生大量的热量，电源内部过高的温升将会导致对温度敏感的功率器件等元器件的失效。
因此，电源的散热设计对提高开关电源乃至整套电子设备的工作可靠性显得尤为重要。
本文主要讨论了散热设计的基本要求和基本原则，推荐了几种常用的散热方法。
关键词：电源；散热；热设计；散热器1散热有三种基本方式（1）热传导: 靠物体直接接触或物体内部之间发生的传热即是热传导。
其机理是不同温度的物体或物体不同温度的各部分之间，分子动能的相互传递。
（2）对流换热 : 热量通过热传导的方式传给与它紧靠在一起的流体层，这层流体受热后，体积膨胀，密度变小，向上流动，周围的密度大的流体流过来填充，填充过来的流体吸热膨胀向上流动，如此循环，不断从发热元器件表面带走热量，这一过程称为对流换热。
对流换热的计算一般采用牛顿所提出的公式：Φ=αA(θ1 －θ2)[W]，其中 A 为与流体接触的壁面面积 [m2]，α 为对流换热系数，θ1 为壁面温度 [K]，θ2 为流体平均温度 [K]。
（3）热辐射 : 由于温差引起的电磁波传播称为热辐射。
它是将物体的一部分热能转换成电磁波的能量，通过能传递电磁波的介质如空气、真空等，向四周传播出去，当遇到其它物体时，则一部分被吸收再转化为热能，剩下的则被反射回来。
各种物体所散发出来的红外线，即是热辐射的一种。
在真空或空气中，物体辐射出去的辐射能力Φ，决定于物体的性质、表面状况（如颜色、粗糙度等）、表面积大小及表面温度等。
物体表面颜色越深，越粗糙，辐射能力越强。
2开关电源的散热设计2.1开关电源主要散热方式开关电源中各发热源，如整流桥、功率开关管、快恢复二极管、磁性元件以及作为假负载的大功率电阻等，这些元器件所产生的热量必须散发出去，一般热设计所采用的散热方式主要是传导换热和对流换热。
即所有发热元器件均先固定在散热器上，热量通过热传导方式传递给散热器，散热器上的热量再通过对流换热的方式由空气带出机箱。
开关电源元器件温升标准
开关电源元器件温升标准
开关电源是将输入电压转换为稳定输出电压的电力转换装置，其中的元器件如电容器、电感器、变压器等在工作时可能会发热。
为确保开关电源元器件的正常运行和寿命，通常有一些温升标准和建议：
1. 热耐受温度：开关电源元器件通常具有额定的热耐受温度，即元器件能够正常工作的最高温度。
例如，一些电容器的额定热耐受温度可达到85°C或105°C，电感器和变压器的额定热耐受温度可能更高，如125°C或150°C。
2. 温升限制：为避免元器件过热，一般会限制其温升（温度升高）。
具体的温升限制因元器件类型和应用而有所不同。
例如，一些电容器的温升限制可能为25°C或30°C以上。
这意味着在正常工作状态下，元器件的温度升高应控制在该限制范围内。
3. 温升测试和评估：在设计和制造阶段，开关电源元器件通常需要进行温升测试和评估。
这些测试可通过实际工作条件下的热循环测试、恒定负载下的温度升高测量等方式进行。
测试结果将用于验证元器件是否符合温升限制和热耐受温度的要求。
需要注意的是，具体的温升标准和要求可能因不同的行业、应用和产
品而有所差异。
因此，在设计和选择开关电源元器件时，应参考相关行业标准、产品规格和制造商的建议，确保元器件在工作时能够保持合适的温度，并避免过热导致故障或损坏。
开关电源基本原理与设计
电力电子设备的开关电源设计需要具备高功率密度、高效率和可靠性。高功率密度的电源能够减小设备体积，适 应大规模电力系统的需求。高效率的电源设计能够减少能源浪费和散热问题，提高设备运行稳定性。同时，可靠 的电源能够保证电力电子设备的安全运行。
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根据国家和国际标准，制定了一系列电磁兼容性标准，如 FCC、CE等，以确保开关电源的电磁兼容性能符合要求。
06
CATALOGUE
开关电源的应用实例
通信设备的开关电源设计
总结词
高效、稳定、可靠
详细描述
通信设备的开关电源设计需要满足高效、稳定和可靠的要求。由于通信设备需 要长时间不间断运行，因此电源的稳定性至关重要。同时，高效的电源设计能 够降低能源消耗和设备散热，提高设备使用寿命。
开关电源的发展历程
20世纪60年代
开关电源的初步研究和发展。
20世纪80年代
开关电源技术迅速发展，广泛应用于各个领 域。
20世纪70年代
开关电源开始应用于计算机领域。
21世纪初
高效、小型化、集成化成为开关电源的发展 趋势。
02
CATALOGUE
开关电源的基本原理
开关电源的工作原理
开关电源通过控制开关管的工作状态 ，将输入的直流电压转换成高频脉冲 电压。
热设计
电磁兼容性
对开关电源进行合理的热设计，包括散热 器的选择、散热通道的优化等，以保证电 源在工作时温度稳定且在安全范围内。
对开关电源进行电磁兼容性设计，包括电 磁屏蔽、滤波电路等，以减小对其他电子 设备的干扰和提高自身的抗干扰能力。
04
CATALOGUE
开关电源的效率与散热设计
开关电源的效率分析
开关电源常用保护电路-过热、过流、过压以及软启动保护电路
1引言随着科学技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用,并相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源。
同时随着许多高新技术,包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展,开关电源技术在不断地创新,这为直流开关电源提供了广泛的发展空间。
但是由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便。
为了保护开关电源自身和负载的安全,根据了直流开关电源的原理和特点,设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。
2、开关电源的原理及特点2、1工作原理直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。
功率转换部分是开关电源的核心,它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。
它主要由开关三极管和高频变压器组成。
图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图,它是由全波整流器,开关管V,激励信号,续流二极管Vp,储能电感和滤波电容C组成。
实际上,直流开关电源的核心部分是一个直流变压器。
2、2特点为了适应用户的需求,国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件,特别是通过改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能,同时SMT 技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄。
因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。
直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰,适应恶劣环境和突发故障的能力较弱。
由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距,因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高,3、直流开关电源的保护基于直流开关电源的特点和实际的电气状况,为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,本文根据不同的情况设计了多种保护电路。
开关电源的热分析与计算
对开关电源的热分析与计算的积极意义：
能精确计算元器件的温升，为电源寿命计算提供依据 通过对系统的整体温升分析与计算，为器件的选型与降额设计提供依据 通过对元器件热分析与计算，为散热方式与散热器件的选择提供依据 能有效控制整体温升，降低元器件的早期失效率，大大提升可靠性
热设计的目标
确保任何的元器件不超过它的最大工作节温
散热方式分析与选择
强迫对流：
热源将热量以热传导方式传至导热介质，再由介质传至散热片基部，由基部将热 量传至散热片肋片并通过风扇与空气分子进行受迫对流，将热量散发到空气中。
风道的设计原则：
风道尽可能短，缩短风道长度可以降低风道的阻力； 尽可能采用直线形风道设计，局部阻力小； 风道的截面尺寸最好和风扇的出口一致，以避免因变换截面而增加阻力损失，截 面形状可为园形，也可以是正方形或长方形； 进风口的结构设计尽量使其对气流的阻力最小，还要考虑防尘，需综合考虑二者 的影响。 如果发热分布均匀， 元器件的间距应均匀，以使风均匀流过每一个发热源. 如果发热分布不均匀，在发热量大的区域元器件应稀疏排列，而发热量小的区域 元器件布局应稍密些，或加导流条，以使风能有效的流到关键发热器件。
散热方式分析与选择
传导散热：
具有温度差异的两个直接接触的物体或物体内部个部分之间发生的热传递。 本质是分子动能的相互传递。
其中： P：传递的热流（功率）(W) A：与热传输方向垂直的单元端面积(cm2) L：热传输单元的长度(cm) (T1-T2)：热传输单元两边的温度差(℃) K：材料的导热率，量纲为W/(cm2•℃)
温升的推荐值：
任何情况下，器件与整个电源内部环境以及外壳的温升不要超出60℃ 即 Δ T ≤ 60℃
高频开关电源主要磁性元件的设计
高频开关电源主要磁性元件的设计作者：刘明轩来源：《电子世界》2013年第17期【摘要】本文重点研究高频开关电源的磁性元件的设计，在高频开关电源设计过程中需要解决的一个关键问题，就是热的问题；而热主要来源是磁性元件，如何解决磁性元件的损耗及发热问题，减小磁性元件的尺寸也成为该课题的一个关键问题。
所以磁性元器件的设计自然成为整个设计关节中相当重要的一环。
【关键词】变压器；电抗器；磁芯1.概述在电力系统中的直流系统，由于普遍采用高频模块，而对于高频模块的设计也是功率越来越大，而体积却是越来越小，这就对其设计提出了一个关键的问题，那就是如何解决磁性元件的损耗及发热问题。
高频开关电源中大量使用各种各样的磁性元件，如输入/输出共模电感，功率变压器，饱和电感以及各种差模电感。
各种磁性元器件对磁性材料的要求各不相同，如差模电感希望μ值适中，但线性度好，不易饱和；共模电感则希望μ值要高，频带宽，功率变压器则希望μ值要适中，温度稳定好，剩磁小，损耗低等。
在非晶材料出现以前，共模电感主要采用高μ值（6K～10K）Mn-Zn合金，差模电感多采用铁粉芯或开气隙铁氧体材料，变压器则采用铁氧体材料等。
这些材料应用技术成熟，种类也很丰富，并有各种各样的产品形状供选择。
随着非晶材料的出现和技术不断成熟，在开关电源设计中，非晶材料表现出许多其它材料无法比拟的优点。
几种常用磁性材料基本性能比较如表1。
2.主变压器的设计对于高频开关电源的主要发热元件，主变压器的设计尤其重要，其尺寸的大小和材料的选择更是重要。
2.1 主变压器的磁芯必须具备的几个特点①低损耗②高的饱和磁感应强度且温度系数小③宽工作温度范围④μ值随B值变化小⑤与所选用功率器件开关速度相应的频响早前高频变压器一般选用铁氧体磁芯，下面对VITROPERM500F铁基超微晶磁芯与德国西门子公司生产的N67系列铁氧体磁芯的性能进行较：从以上图表可以看出两者有以下区别：（1）相同工作频率（200KHZ以下），非晶材料损耗明显低于铁氧体，工作频率越低，工作B值越高，非晶材料优势越明显。
开关电源散热设计
开关电源散热设计第一篇：开关电源散热设计散热设计的一些基本原则从有利于散热的角度出发,印制版最好是直立安装,板与板之间的距离一般不应小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式应遵循一定的规则: ·对于采用自由对流空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其它器件)按纵长方式排列,如图3示;对于采用强制空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其它器件)按横长方式排列.·同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列,发热量小或耐热性差的器件(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等)放在冷却气流的最上流(入口处),发热量大或耐热性好的器件(如功率晶体管、大规模集成电路等)放在冷却气流最下游.·在水平方向上,大功率器件尽量靠近印制板边沿布置,以便缩短传热路径;在垂直方向上,大功率器件尽量靠近印制板上方布置,以便减少这些器件工作时对其它器件温度的影响.·对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器件的正上方,多个器件最好是在水平面上交错布局.·设备内印制板的散热主要依靠空气流动,所以在设计时要研究空气流动路径,合理配置器件或印制电路板.空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动,所以在印制电路板上配置器件时,要避免在某个区域留有较大的空域.整机中多块印制电路板的配置也应注意同样的问题.电子设备散热的重要性在电子设备广泛应用的今天.如何保证电子设备的长时间可靠运行,一直困扰着工程师们.造成电子设备故障的原因虽然很多,但是高温是其中最重要的因素(其它因素重要性依次是振动Vibration、潮湿Humidity、灰尘Dust),温度对电子设备的影响高达60%.温度和故障率的关系是成正比的,可以用下式来表示: F = Ae-E/KT 其中: F = 故障率, A=常数 E = 功率K =玻尔兹曼常量(8.63e-5eV/K)T = 结点温度随着芯片的集成度、功率密度的日愈提高,芯片的温度越来越成为系统稳定工作、性能提升的绊脚石.作为一个合格的电子产品设计人员,除了成功实现产品的功能之外,还必须充分考虑产品的稳定性、工作寿命,环境适应能力等等.而这些都和温度有着直接或间接的关系.数据显示,45%的电子产品损坏是由于温度过高.可见散热设计的重要性.如何对产品进行热设计,首先我们可以从芯片厂家提供的芯片Datasheet为判断的基础依.如何理解Datasheet的相关参数呢?下面将对Datasheet 中常用的热参数逐一说明.一、Datasheet中和散热有关的几个重要参数P--芯片功耗,单位W(瓦).功耗是热量产生的直接原因.功耗大的芯片,发热量也一定大.Tc--芯片壳体温度,单位℃.Tj--结点温度,单位℃.随着结点温度的提高,半导体器件性能将会下降.结点温度过高将导致芯片工作不稳定,系统死机,最终芯片烧毁.Ta--环境温度,单位℃.T stg--存储温度,单位℃.芯片的储存温度.Rja/θja--结点到环境的热阻,单位℃/W.Rjc/θjc--结点到芯片壳的热阻,单位℃/WΨjt--可以理解为结点到芯片上表面的热阻.当芯片热量只有部分通过上壳散出的时候的热阻参数.LFM--风速单位,英尺/分钟.提供最大Ta、Tj、P--早期的芯片Datasheet一般都是这种.理论上我们只需要保证芯片附近的环境温度不超过这个指标就可以保证芯片可以正常工作.但是实际并非如此.Ta这个参数是按照JEDEC标准测试而得.JEDEC标准是这样定义的:把芯片置于一块3X4.5英寸的4层PCB中间,环境温度测试探头距离这块PCB的板边缘12英寸.可见我们产品几乎不可能满足这种测试条件.因此,T a在这里对我们来说,没什么意义.在这种情况下保守的做法是:保证芯片的壳体温度T c﹤T a-max,一般来说芯片是可以正常工作的.>br> 直接提供Tc-max--这种情况相对较少,处理也相对简单.只需保证Tc﹤Tc-max即可.>br> 提供Tj、Rjc/θjc、P--近2年来,随着热设计的重要性不断提高,大部分的芯片资料都会提供上述参数.基本公式如下: Tj=Tc+Rjc*P只要保证Tj﹤Tj-max即可保证芯片正常工作.归根结底,我们只要能保证芯片的结点温度不超过芯片给定的最大值,芯片就可以正常工作.如何判断芯片是否需要增加散热措施第一步:搜集芯片的散热参数.主要有:P、Rja、Rjc、Tj等第二步:计算T c-max:Tc-max=Tj-Rjc*P第三步:计算要达到目标需要的Rca:Rca=(T c-max-Ta)/P第四步:计算芯片本身的Rca’:Rca’=Rja-Rjc如果Rca大于Rca’,说明不需要增加额外的散热措施.如果Rca小于Rca’,说明需要增加额外的散热措施.比如增加散热器、增加风扇等等.如前所述,Rja不能用于准确的计算芯片的温度,所以这种方法只能用于简单的判断.而不能用于最终的依据.下面举一个简单的例子: 例:某芯片功耗——1.7W;Rja——53℃/W;Tj——125℃;Rjc——25℃/W,芯片工作的最大环境温度是50℃.判断该芯片是否需要加散热器,散热器热阻是多少.Tc-max=Tj-Rjc*P =125℃-25℃/W*1.7W=82.5℃Rca=(T c-max-Ta)/P =(82.5-50)1.7 =19.12℃/WRca’=Rja-Rjc =53-25 =28℃/WRca小于Rca’,所以需要增加散热器.散热器的热阻假设为Rs,则有: Rs//Rca’小于Rca Rs*28/(Rs+28)小于19.12 Rs小于60.29℃/W 所以选用的散热器热阻必须小于60.29℃/W.在普通的数字电路设计中,我们很少考虑到集成电路的散热,因为低速芯片的功耗一般很小,在正常的自然散热条件下,芯片的温升不会太大.随着芯片速率的不断提高,单个芯片的功耗也逐渐变大,例如:Intel的奔腾CPU的功耗可达到 25W.当自然条件的散热已经不能使芯片的温升控制在要求的指标之下时,就需要使用适当的散热措施来加快芯片表面热的释放,使芯片工作在正常温度范围之内.通常条件下,热量的传递包括三种方式:传导、对流和辐射.传导是指直接接触的物体之间热量由温度高的一方向温度较低的一方的传递,对流是借助流体的流动传递热量,而辐射无需借助任何媒介,是发热体直接向周围空间释放热量.在实际应用中,散热的措施有散热器和风扇两种方式或者二者的同时使用.散热器通过和芯片表面的紧密接触使芯片的热量传导到散热器,散热器通常是一块带有很多叶片的热的良导体,它的充分扩展的表面使热的辐射大大增加,同时流通的空气也能带走更大的热能.风扇的使用也分为两种形式,一种是直接安装在散热器表面,另一种是安装在机箱和机架上,提高整个空间的空气流速.与电路计算中最基本的欧姆定律类似,散热的计算有一个最基本的公式: 温差= 热阻× 功耗在使用散热器的情况下,散热器与周围空气之间的热释放的“阻力”称为热阻,散热器与空气之间“热流”的大小用芯片的功耗来代表,这样热流由散热器流向空气时由于热阻的存在,在散热器和空气之间就产生了一定的温差,就像电流流过电阻会产生电压降一样.同样,散热器与芯片表面之间也会存在一定的热阻.热阻的单位为℃/W.选择散热器时,除了机械尺寸的考虑之外,最重要的参数就是散热器的热阻.热阻越小,散热器的散热能力越强.风冷散热原理从热力学的角度来看,物体的吸热、放热是相对的,凡是有温度差存在时,就必然发生热从高温处传递到低温处,这是自然界和工程技术领域中极普遍的一种现象.而热传递的方式有三种:辐射、对流、传导,其中以热传导为最快.我们要讨论的风冷散热,实际上就是强制对流散热.对流换热是指流体与其相接触的固体表面或流体,而这具有不同温度时所发生的热量转移过程.热源将热量以热传导方式传至导热导热介质,再由介质传至散热片基部,由基部将热量传至散热片肋片并通过风扇与空气分子进行受迫对流,将热量散发到空气中.风扇不断向散热片吹入冷空气,流出热空气,完成热的散热过程.对流换热即受导热规律的支配,又受流体流动规律的支配,属于一种复杂的传热过程,表现在对流换热的影响因素比较多.1．按流体产生流动的原因不同,可分为自然对流和强制对流.2．按流动性质来区分,有层流和紊流之别.流体从层流过渡到紊流是由于流动失去稳定性的结果.一般以雷诺数(Re)的大小,作为层流或紊流的判断依据.3．流体的物性对对流换热的影响.例如,粘度、密度、导热系数、比热、导温系数等等,它们随流体不同而不同,随温度变化而变化,从而改变对流换热的效果.4．换热表面的几何条件对对流换热的影响.其中包括: 1)管道中的进口、出口段的长度,形状以及流道本身的长度等;2)物体表面的几何形状,尺寸大小等;3)物体表面,如管道壁面、平板表面等的粗糙程度;4)物体表面的位置(平放、侧放、垂直放置等)以及流动空间的大小.5．流体物态改变的影响.6．换热面的边界条件,如恒热流、恒壁温等,也会影响对流换热.7.风量和温度的关系 T＝Ta+1.76P/Q 式中Ta--环境温度,℃ P--整机功率,W Q--风扇的风量,CFM T--机箱内的温度,℃举一个电路设计中热阻的计算的例子: 设计要求: 芯片功耗: 20瓦芯片表面不能超过的最高温度: 85℃环境温度(最高): 55℃ 计算所需散热器的热阻.实际散热器与芯片之间的热阻很小,取01℃/W作为近似.则(R + 0.1)× 20W = 85℃-55℃得到R = 1.4 ℃/W只有当选择的散热器的热阻小于1.4℃/W时才能保证芯片表面温度不会超过85℃.使用风扇能带走散热器表面大量的热量,降低散热器与空气的温差,使散热器与空气之间的热阻减小.因此散热器的热阻参数通常用一张表来表示.如下例: 风速(英尺/秒)热阻(℃/W)0 3.5 100 2.8 200 2.3 300 2.0 400 1.8 PCB表面贴装电源器件的散热设计以Micrel公司表贴线性稳压器为例,介绍如何在仅使用一个印制电路板的铜铂作为散热器时是否可以正常工作.1.系统要求: VOUT=5.0V;VIN(MAX)=9.0V;VIN(MIN)=5.6V;IOUT=700mA;运行周期=100%;TA=50℃根据上面的系统要求选择750mA MIC2937A-5.0BU稳压器,其参数为: VOUT=5V±2%(过热时的最坏情况)TJ MAX=125℃.采用TO-263封装,θJC=3℃/W;θCS≈0℃/W(直接焊接在电路板上).2.初步计算: VOUT(MIN)=5V-5×2%=4.9VPD=(VIN(MAX)-VOUT(MIN))+IOUT+(VIN(MAX)×I)=[9V-4.9V]×700mA+(9V×15mA)=3W 温度上升的最大值, ΔT=TJ(MAX)-TA = 125℃-50℃=75℃;热阻θJA(最坏情况):ΔT/PD=75℃/3.0W=25℃/W.散热器的热阻, θSA=θJA-(θJC+θCS);θSA=25-(3+0)=22℃/W(最大).3.决定散热器物理尺寸: 采用一个方形、单面、水平具有阻焊层的铜箔散热层与一个有黑色油性涂料覆盖的散热铜箔,并采用1.3米/秒的空气散热的方案相比较,后者的散热效果最好.采用实线方案,保守设计需要5,000mm2的散热铜箔,即71mm×71mm(每边长2.8英寸)的正方形.4.采用SO-8和SOT-223封装的散热要求:在下面的条件下计算散热面积大小:VOUT=5.0V;VIN(MAX)=14V;VIN(MIN)=5.6V;IOUT=150mA;占空比=100%;TA=50℃.在允许的条件下,电路板生产设备更容易处理双列式SO-8封装的器件.SO-8能满足这个要求吗?采用MIC2951-03BM(SO-8封装),可以得到以下参数: TJ MAX=125℃;θJC≈100℃/W.5.计算采用SO-8封装的参数: PD=[14V-5V]×150mA+(14V×8mA)=1.46W;升高的温度=125℃-50℃=75℃;热阻θJA(最坏的情况): ΔT/PD=75℃/1.46W=51.3℃/W;θSA=51-100=-49℃/W(最大).显然,在没有致冷条件下,SO-8不能满足设计要求.考虑采用SOT-223封装的MIC5201-5.0BS调压器,该封装比SO-8小,但其三个引脚具有很好的散热效果.选用MIC5201-3.3BS,其相关参数如下: TJ MAX=125℃SOT-223的热阻θJC=15℃/WθCS=0 ℃/W(直接焊在线路板上的).6.计算采用SOT-223封装的结果:PD=[14V-4.9V]×150mA+(14V×1.5mA)=1.4W 上升温度=125℃-50℃=75℃;热阻θJA(最坏的情况): ΔT/PD=75℃/1.4W=54℃/W;θSA=54-15=39℃/W(最大).根据以上的数据,参考图1,采用1,400 mm2的散热铜箔(边长1.5英寸的正方形)可以满足设计要求.以上的设计结果可以作为粗略的参考,实际设计中需要了解电路板的热特性,得出更准确、满足实际设计的结果.散热器材料的选择: 散热片的制造材料是影响效能的重要因素,选择时必须加以注意!目前加工散热片所采用的金属材料与常见金属材料的热传导系数: 金 317 W/mK 银 429 W/mK 铝401 W/mK 铁 237 W/mK 铜 48 W/mK AA6061型铝合金 155 W/mK AA6063型铝合金 201 W/mK ADC12型铝合金 96 W/mK AA1070型铝合金 226 W/mK AA1050型铝合金 209 W/mK 热传导系数的单位为W/mK,即截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开尔文(1K＝1℃)时的热传导功率.热传导系数自然是越高越好,但同时还需要兼顾到材料的机械性能与价格.热传导系数很高的金、银,由于质地柔软、密度过大、及价格过于昂贵而无法广泛采用;铁则由于热传导率过低,无法满足高热密度场合的性能需要,不适合用于制作计算机空冷散热片.铜的热传导系数同样很高,可碍于硬度不足、密度较大、成本稍高、加工难度大等不利条件,在计算机相关散热片中使用较少,但近两年随着对散热设备性能要求的提高,越来越多的散热器产品部分甚至全部采用了铜质材料.铝作为地壳中含量最高的金属,因热传导系数较高、密度小、价格低而受到青睐;但由于纯铝硬度较小,在各种应用领域中通常会掺加各种配方材料制成铝合金,寄此获得许多纯铝所不具备的特性,而成为了散热片加工材料的理想选择.各种铝合金材料根据不同的需要,通过调整配方材料的成分与比例,可以获得各种不同的特性,适合于不同的成形、加工方式,应用于不同的领域.上表中列出的5种不同铝合金中:AA6061与AA6063具有不错的热传导能力与加工性,适合于挤压成形工艺,在散热片加工中被广为采用.ADC12适合于压铸成形,但热传导系数较低,因此散热片加工中通常采用AA1070铝合金代替,可惜加工机械性能方面不及ADC12.AA1050则具有较好的延展性,适合于冲压工艺,多用于制造细薄的鳍片.风扇的选择: 风扇是风冷散热器中必不可少的组成部分,对散热效果起着至关重要的作用,是散热器中唯一的主动部件;同时,更对散热器的工作噪音有着决定性的影响.风扇在散热中的职责为:凭借自身的导流作用,令空气以一定的速度、一定的方式通过散热片,利用空气与散热片之间的热交换带走其上堆积的热量,从而实现“强制对流”的散热方式.散热片即使结构再复杂,也只是一个被动的热交换体;因此,一款风冷散热器能否正常“工作”,几乎完全取决于风扇的工作状态.在不改变散热器结构与其它组成部分的情况下,仅仅是更换更加合适、强劲的风扇,也可以令散热效果获得大幅度的提升;反之,如果风扇搭配不合适或不够强劲,则会使风冷散热器效能大打折扣,令散热片与整体设计上的优点被埋没于无形;更有甚者,由于风扇是风冷散热器中唯一确实“工作”的部分,它本身的故障也就会导致散热器整体的故障,令其丧失大部分的散热性能,进而引起系统的不稳定或当机,甚至因高温而烧毁设备.风扇可分为:含油轴承、单滚珠轴承、双滚珠轴承、液压轴承、来福轴承、Hypro轴承、磁悬浮轴承、纳米陶瓷轴承等,下面是其性能比较表从由表中可以看出,轴承技术对风扇的性能、噪音、寿命起着重要的决定性作用,实际选购风扇时必须加以注意.通常可根据性能、噪音、寿命以及价格四方面要求综合考虑:1.性能不高,噪音小,价格低,含油轴承是唯一的选择,但寿命较短,使用一段时间后噪音可能会逐渐增大,需做好维护或更换的心理准备.2.性能强悍,寿命长,价格不高,滚珠轴承是不二之选,但需忍受其工作时产生的较大噪音.3.性能与噪音都没有特殊要求,但希望寿命长,价格不高,来福、Hypro轴承等含油轴承的改进型均是值得考虑的选择.4.性能好,噪音低,寿命长,如此便不能对价格提出进一步的要求了,只要资金充足,液压、精密陶瓷等特色轴承技术都可列入选择范围之内.5.对静音与寿命要求极高,磁悬浮轴承是仅有的选择,只是性能不佳,价格过高.第二篇：开关电源设计笔记1.开关电源设计前各参数以NXP的TEA1832图纸做说明。
开关电源电感发热原因
开关电源中的电感元件发热可能是由以下几个原因引起的：
1. 电流过载：当流过电感的电流超过了其设计的额定电流时，电感会产生过多的热量。
这种情况可能是由于电源长时间超负荷运行，或者是由于其他原因导致的电流增大。
2. 电感质量问题：如果电感本身的质量不佳，例如磁芯质量不好，当有较大高频交流分量通过电感时，会在磁芯中产生很大的涡流损耗，从而导致发热。
3. 第一滤波电容失效：如果电源的第一滤波电容失效，会导致整流后的所有脉动交流成分全部加在电感上，使得磁芯涡流损耗达到最大，从而引起发热。
4. 电感线圈匝间短路：类似于电源变压器，如果电感线圈出现匝间短路，也会导致电感烧毁。
5. 设计问题：电源的设计可能存在问题，例如选择的电感额定功率不够，或者在设计时没有充分考虑到电感的散热问题，这些都可能导致电感发热。
6. 环境因素：电感所在的环境如果通风不良或者温度过高，也会加剧电感的发热。
7. 使用不当：例如电感与其他元器件不匹配，或者在设备运行过程中产生了额外的热量，这些都可能导致电感发热。
以上原因都可能导致开关电源中的电感发热，因此在设计和使用开关电源时，需要充分考虑这些因素，确保电源的稳定和可靠运行。
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开关电源关键器件的热设计
电源模块发热问题会严重危害模块的可靠性，使产品的失效率将呈指数规律增加，电源模块发热严重怎么办？本文从模块的热设计角度出发，介绍各类低温升、高可靠性的电源设计及应用解决方案。
高温对功率密度高的电源模块的可靠性影响极其大，高温会导致电解电容的寿命降低、变压器漆包线的绝缘特性降低、晶体管损坏、材料热老化、低熔点焊缝开裂、焊点脱落、器件之间的机械应力增大等现象。
有统计资料表明，电子元件温度每升高2℃，可靠性下降10%。
一、关键器件的损耗
表1是开关电源关键器件的热损耗根源，了解器件发热原因，为散热设计提供理论基础，能快速定位设计方案。
表 1 主要元器件损耗根源
二、开关电源热设计
从上表了解关键发热器件和发热的原因后，可以从以下两方面入手：
1、从电路结构、器件上减少损耗。
如采用更优的控制方式和技术、高频软开关技术、移相控制技术、同步整流技术等，另外就是选用低功耗的器件，减少发热器件的数目，加大加粗印制线的宽度，提高电源的效率。
a.方案选择优化热设计
图1是同一个产品的热效果图，图 1 中的A图采用软驱动技术方案，图 1 中的B图采用直接驱动技术方案，输入输出条件一样，工作30分钟后测试两个产品的关键器件温度，如表2所示, A图关键器件MOS的温度降幅是B图的32%，关键器件温度降低同时，提高了产品的可靠性，e所以采用高频软开关技术或者软驱动技术，能大幅度降低关键器件的表面温度。
图 1 采用不同驱动方案后的热效果图
表 2 主要元器件损耗根源
b.器件选择优化热设计
器件的选择不仅需要考虑电应力，还要考虑热应力，并留有一定降额余量。
图2为一些元件降额曲线，随着表面温度增加，其额定功率会有所降低。
某MOS管功率降额曲线某二极管降额曲线某电阻功率降额曲线
图2 降额曲线
元器件的封装对器件的温升有很大的影响。
如由于工艺的差异，DFN封装的MOS管比DPAK （TO252）封装的MOS管更容易散热。
前者在同样的损耗条件下，温升会比较小。
一般封装越大的电阻，其额定功率也会越大，在同样的损耗的条件下，表面温升会比较小。
有时电路参数和性能看似正常，但实际上隐藏很大的问题。
如图3所示，某电路基本性能没有问题，但在常温下，用红外热成像仪一测， MOS管的驱动电阻表面温度居然达到95.2℃。
长期工作或高温环境下，极易出现电阻烧坏、模块损坏的问题。
通过调整电路参数，降低电阻的欧姆热损耗，且将电阻封装由0603改成0805，大大降低了表面温度。
图3驱动电阻表面温度
c.PCB设计优化热设计
PCB的铜皮面积、铜皮厚度、板材材质、PCB层数都影响到模块散热。
常用板材FR4（环氧树脂）是很好的导热材料，PCB上元器件的热量可以通过PCB散热。
特殊应用情况下，也有采用铝基板或陶瓷基板等热阻更小的板材。
PCB的布局布线也要考虑到模块的散热：a).发热量大的元件要避免扎堆布局，尽量保持板面热量均匀分布；b).热敏感的元件尤其应该远离热量源；c).必要时采用多层PCB；d).功率元件背面敷铜平面散热，并用“热孔”将热量从PCB的一面传到另一面。
如图4所示，上面两图为没有采用此方法时，MOS管表面温度和背面PCB的温度；下面两图为采用“背面敷铜平面加热孔”方法后，MOS管表面温度和背面铜平面的温度，可以看出：
●MOS管表面温度由98.0℃降低了22.5℃；
●MOS管与背面的铜平面的温差大大减小，热孔的传热性能良好。
图4 背面敷铜加热孔的散热效果
2、运用更有效的散热技术。
利用传导、辐射、对流技术将热量转移，这包括采用散热器、风冷(自然对流和强迫风冷)、液冷(水、油)、热电致冷、热管等方法。
热设计时，还须注意：
a.对于宽压输入的电源模块，高压输入和低压输入的发热点和热量分布完全不同，需全面评估。
短路保护时的发热点和热量分布也要评估；
b.在灌封类电源模块中，灌封胶是一种良好的导热的材料。
模块内部元件的表面温升会进一步降低。
除了上述提及的电源热设计技巧之外，还可以直接选用高性能的隔离DC-DC电源模块，可快速为系统提供高靠性的供电隔离解决方案。
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