开关电源散热设计
如何一步一步设计开关电源？开关电源设计调试步骤全过程
如何一步一步设计开关电源？开关电源设计调试步骤全过程针对开关电源很多人觉得很难，其实不然。
设计一款开关电源并不难，难就难在做精，等你真正入门了，积累一定的经验，再采用分立的结构进行设计就简单多了。
万事开头难，笔者在这就抛砖引玉，慢慢讲解如何一步一步设计开关电源。
开关电源设计的第一步就是看规格，具体的很多人都有接触过，也可以提出来供大家参考，我帮忙分析。
在这里只带大家设计一款宽范围输入的，12V2A的常规隔离开关电源。
1、首先确定功率根据具体要求来选择相应的拓扑结构；这样的一个开关电源多选择反激式(flyback)基本上可以满足要求。
在这里我会更多的选择是经验公式来计算，有需要分析的，可以拿出来再讨论。
2、选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计当我们确定用flyback拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计(sch)。
无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。
对里面的计算我还会进行分解。
分立式：PWMIC与MOS是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长（仅从设计角度来说）；集成式：就是将PWMIC与MOS集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境。
3、做原理图确定所选择的芯片以后，开始做原理图(sch)，在这里我选用STVIPer53DIP(集成了MOS)进行设计。
设计前最好都先看一下相应的datasheet，确认一下简单的参数。
无论是选用PI的集成，或384x或OBLD等分立的都需要参考一下datasheet。
一般datasheet里都会附有简单的电路原理图，这些原理图是我们的设计依据。
4、确定相应的参数当我们将原理图完成以后，需要确定相应的参数才能进入下一步PCBLayout。
当然不同的公司不同的流程，我们需要遵守相应的流程，养成一个良好的设计习惯，这一步可能会有初步评估，原理图确认，等等，签核完毕后就可以进行计算了。
开关电源的几种热设计方法
开关电源的几种热设计方法开关电源已普遍运用在当前的各类电子设备上,其单位功率密度也在不断地提高.高功率密度的定义从1991年的25w/in3、1994年36w/in3、1999年52w/in3、2001年96w/in3,目前已高达数百瓦每立方英寸.由于开关电源中使用了大量的大功率半导体器件,如整流桥堆、大电流整流管、大功率三极管或场效应管等器件。
它们工作时会产生大量的热量,如果不能把这些热量及时地排出并使之处于一个合理的水平将会影响开关电源的正常工作,严重时会损坏开关电源.为提高开关电源工作的可靠性,热设计在开关电源设计中是必不可少的重要一个环节。
1.热设计中常用的几种方法为了将发热器件的热量尽快地发散出去,一般从以下几个方面进行考虑: 使用散热器、冷却风扇、金属pcb、散热膏等.在实际设计中要针对客户的要求及最佳费/效比合理地将上述几种方法综合运用到电源的设计中。
2.半导体器件的散热器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.从电路拓扑方式上来讲,采用零开关变换拓扑方式产生谐振使电路中的电压或电流在过零时开通或关断可最大限度地减少开关损耗但也无法彻底消除开关管的损耗故利用散热器是常用及主要的方法.2.1 散热器的热阻模型由于散热器是开关电源的重要部件,它的散热效率高与低关系到开关电源的工作性能.散热器通常采用铜或铝,虽然铜的热导率比铝高2倍但其价格比铝高得多,故目前采用铝材料的情况较为普遍.通常来讲,散热器的表面积越大散热效果越好.散热器的热阻模型及等效电路如上图所示半导体结温公式如下式如示：pcmax(ta)= (tjmax-ta)/θj-a(w)-----------------------(1)pcmax(tc)= (tjmax-tc)/θj-c(w)-----------------------(2)pc: 功率管工作时损耗pc(max): 功率管的额定最大损耗tj: 功率管节温tjmax: 功率管最大容许节温ta: 环境温度tc: 预定的工作环境温度θs : 绝缘垫热阻抗θc : 接触热阻抗(半导体和散热器的接触部分)θf : 散热器的热阻抗(散热器与空气)θi : 内部热阻抗(pn结接合部与外壳封装)θb : 外部热阻抗(外壳封装与空气)根据图2热阻等效回路, 全热阻可写为:θj-a=θi+[θb *(θs +θc+θf)]/( θb +θs +θc+θf)----------------(3)又因为θb比θs +θc+θf大很多,故可近似为θj-a=θi+θs +θc+θf ---------------------(4)①pn结与外部封装间的热阻抗(又叫内部热阻抗) θi 是由半导体pn结构造、所用材料、外部封装内的填充物直接相关.每种半导体都有自身固有的热阻抗.②接触热阻抗θc是由半导体、封装形式和散热器的接触面状态所决定.接触面的平坦度、粗糙度、接触面积、安装方式都会对它产生影响。
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。
开关电源节能降耗及散热
开关电源节能降耗及散热----- 2011-8-13电源几个问题：1、PFC与电网绿色节能关系？开关电源转换效率与PFC电路关系？2、效率与开关电源拓扑的关系？效率范围内，如果通过器件选型提高效率？3、热耗影响什么？如何进行散热。
散热片的选取？4、布局布线优化提高效率？一、PFC与电网绿色节能关系？开关电源转换效率与PFC 电路关系？现在无论做什么事情都讲求绿色讲求环保，对于计算机来说，主板、显卡、CPU都开始推广绿色节能概念，各种节能技术也开始大量运用。
提到电网节能先来了解下PF概念：功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。
凡是造成电压及电流由相位差的电路或者负载都会引起功率因数小于1。
纯阻性负载如白炽灯，电阻丝不会引起功率因数下降，而感性负载和容性负载都会引起功率因数下降。
如感性负载电机。
容性输入的开关电源☆提高功率比因数，提高电网电能利用率。
同样一台1000KVA的变压器，负载端功率因数从0.5变化到0.9后，它就可以多承担450KW的负载。
举例而言，负载功率为500W，功率因数为0.8；则变压器需要输送1000KVA能量。
负载功率因数为0.5，500/0.5=1000KVA负载功率因数为0.8，500/0.8=625KVA负载功率因数为0.9，500/0.9=555KVA提高功率因数，需要输电端能量更小，电厂发电能量更小：提高了电网利用率若干年前在家里，晚上木匠的电刨子一响起，就看到家里的灯泡变暗，电视机也变暗，与输电线路总能不够有关系，欠压了。
提高功率因数，实际是减小电网中无功功率，无功功率从理论上讲只会在电网中来回往返，但输电线路是有电阻的，所以无功功率会增加线路损耗，浪费电能。
最重要是用电设备端功率因数低电厂就得用较大容量的发电机发电，传输设备的容量也会加大，成本势必高。
可以说国家电网发电增加无功功率是迫不得已的措施。
故提高功率因数，相当于给国家电网节能降耗。
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
开关电源钳位保护电路及散热器的设计要点
： 三 ： ： ７ｎＦ ５
Ｖｏ ． ３ ＮＯ ６ １１ ．
Ｊ ｎ２ ０ ｕ ０ｌ
பைடு நூலகம்
Ｐ ＜１５ 时 ，不要 求使 用钳位 电路 。 ｏ ．Ｗ
（） 钳位 电阻Ｒ ９计算
兄： ：
！ ： ：２ｋＱ １５
．
ｌ Ｅ ｛ ２ ． Ｊ ２ Ｈ １ ｇ ｘ３ｋ ｚ ８ １
式中，Ｕ 的量纲为［】Ｍ］ ｒ ［ ， 甘 量纲 Ｑ Ｌ ［ ］ ／勺 ［ Ｔ Ｉ
率 开 关管 （ ＭＯＳ Ｅ 关 断 时 ，对 由高 频变 压 器 漏 Ｆ Ｔ） 感 所 形 成 的 尖 峰 电压 进 行 钳 位 和 吸 收 ， 以 防 止
ＭＯＳ Ｅ Ｆ Ｔ因过 电压 而损 坏 。散 热器 的作 用 则 是将 单 片 开 关 电源 内部 产 生 的 热 量 及 时 散 发掉 ，避 免 因散 热 不 良导 致 管 芯 温 度超 过 最 高结 温 ，使 开 关 电源无法 正常 工作 ，甚 至损坏 芯 片 。 下面 分 别 阐 述 漏极 钳 位 保 护 电路 和 散 热 器 的 设计 要点 、设 计方法 及 注意事 项 。
图１ 最 典 型 的 一 种 漏 极钳 位保 护 电路
为［ ，尺 Ｔ］ 的量 纲为 ［］Ｍ］【 ［ 。 Ｌ ［ Ｔ］ Ｉ （０计算 钳位 电容 Ｃ １）
２ ）设计 要点及 步骤
（） １选择 钳位二 极 管
ｃ： 一
：
２
／ — ２ ～１ ０ ２ ００ ８。
Ｓ Ａ Ｈ Ｚｈａ ｙ ｕ． ｎ ｏ ＡＮ ｏ ｈｅ Ｇｕ ｃ ｎ
（ ｂ ｉ ｎｖｒｉ ｆ ｃ ｎ ｅ Ｔ ｃｎ ｌｇ， ｈｊ ｚｕｎ ５ ０４ Ｃ ｉａ Ｈｅ ｅＵ ｉｅｓｙｏ ｉ ｃ ＆ ｅｈ ｏｏ ｙＳ ｉａｈ ａ ｇ０ ０ ５ ， ｈｎ） ｔ Ｓｅ ｉ
提高开关电源的输出功率的方法
提高开关电源的输出功率的方法
要提高开关电源的输出功率，可以采取以下几种方法：
1.提高开关频率：开关频率是电源的工作频率，较高的开关
频率可以使电源具有更好的响应速度和更高的功率输出。
通过
增加开关频率，可以减小输出滤波电容和电感器的尺寸，提高
电源的转换效率和输出功率。
2.优化电源拓扑结构：不同的电源拓扑结构具有不同的性能
和特点，选择合适的拓扑结构能够提高电源的效率和功率输出。
常见的拓扑结构有Boost、Buck、BuckBoost、Flyback、Forward等，根据具体需求选择最合适的拓扑结构。
3.优化功率开关器件：功率开关器件的性能直接影响到开关
电源的转换效率和功率输出。
选择低导通电阻、低开关损耗的
功率开关器件，如MOSFET、IGBT等，可以降低能量损耗，
提高功率输出。
4.优化电源控制策略：优化电源的控制策略可以提高电源的
转换效率和输出功率。
常见的控制策略包括恒定频率控制（ConstantFrequencyControl）和恒定占空比控制（ConstantDutyCycleControl）。
合理设定控制参数，调整输出电压和电流的控制环节，能够提高电源的响应速度和稳定性，进而增加功率输出。
5.提高散热设计：高功率的开关电源往往伴随着较大的功率
损耗，为了保证电源的稳定性和可靠性，需要进行良好的散热
设计。
通过增加散热片、使用高导热性材料等方式，有助于提
高散热效果，降低温度，保持电源的高效运行。
总之，提高开关电源的输出功率需要综合考虑电源拓扑结构、功率开关器件、控制策略和散热设计等方面的优化，以实现更
高的效率和功率输出。
开关电源的可靠性设计
开关电源的可靠性设计开关电源是各种系统的核心部分。
开关电源的需求越来越大，同时对可靠性提出了越来越高的要求。
涉及系统可靠性的因素很多。
目前，人们认识上的主要误区是把可靠性完全（或基本上）归结千元器件的可靠性和制造装配的工艺，忽略了系统设计和环境温度对可靠性的决定性的作用。
据美国海军电子实验室的统计，整机出现故障的原因和各自所占的百分比如表1所示。
气叩%410JO在民用电子产品领域，日本的统计资料表明，可靠性间题80%源千设计方面（日本把元器件的选型、质量级别的确定、元器件的负荷率等部分也归入设计上的原因）。
以上两方面的数据表明，设计及元器件（元器件的选型，质量级别的确定，元器件的负荷率）的原因造成的故障，在开关电源故障原因中占80%左右。
减少这两方面造成的开关电源故障，具有重要的意义。
总之，对系统的设计者而言，需要明确建立“可靠性”这个重要概念，把系统的可靠性作为重要的技术指标，认真对待开关电源可靠性的设计工作，并采取足够的措施提高开关电源的可靠性，才能使系统和产品达到稳定、可靠的目标。
本文就从这两个方面来研究与阐述。
----------------------------------0系统可靠性的定义及指标0----------------------------------国际上，通用的可靠性定义为：在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
此定义适用千一个系统，也适用千一台设备或一个单元。
描述这种随机事件的概率可用来作为表征开关电源可靠性的特征量和特征函数。
从而，引出可靠度[R(t)]的定义：系统在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。
•2)开关电源的散热设计MOS管导通时有—定的压降，也即器件有—定的损耗，它将引起芯片的温升，但是器件的发热情况与其耐热能力和散热条件有关。
由此，器件功耗有—定的容限。
其值按热欧姆定律可表示为：PD= "Tj-Tc/RT"式中，"Tj"是额定结温(Tj=150°C),"Tc"是壳温，"RT"是结到管壳间的稳态热阻，"Tj"代表器件的耐热能力，"Tc"和'RT"代表器件的散热条件，而'PD"就是器件的发热情况。
开关电源设计工艺设计
开关电源的设计及生产工艺2011-10-2313:23:51| 分类：默认分类 |字号大中小定阅第一从开关电源的设计及生产工艺开始描绘吧，先谈谈印制板的设计。
开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特别种类。
布板时须依照高频电路布线原则。
1、布局：脉冲电压连线尽可能短，此中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连结线。
脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。
输出部分变压器出端到整流管到输出电感觉输出电容返回变压器电路中 X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应防止与其余电路平行，应避开。
Y电容应搁置在机壳接地端子或FG 连结端。
共摸电感觉与变压器保持必定距离，以防止磁巧合。
如不好办理可在共摸电感与变压器间加一障蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。
输出电容一般可采纳两只一只凑近整流管另一只应凑近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联成效应优于用一只大容量电容。
发热器件要和电解电容保持一定距离，以延伸整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件同意可将其搁置在进风口。
控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反应环路，在办理时要尽量避免其受扰乱、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，办理不好易出现一些想不到的不测。
下边谈一谈印制板布线的一些原则线间距：跟着印制线路板制造工艺的不停完美和提升，一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题，完好能够知足大部分应用处合。
考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺，一般双面板最小线间距设为0.3mm，单面板最小线间距设为0.5mm，焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔，最小间距设为0.5mm，可防止在焊接操作过程中出现“桥接”现象。
，这样大部分制板厂都能够很轻松知足生产要求，并能够把成品率控制得特别高，亦可实现合理的布线密度及有一个较经济的成本。
开关电源安全距离及其相关安全要求
开关电源安全距离及其相关安全要求开关电源是一种常见的电子电源供应装置，广泛应用于各种电子设备和系统中。
由于其高效转换和稳定的输出电压等特点，使用开关电源能有效提供电力供应。
然而，在使用开关电源时，我们也需要注意安全距离及其相关安全要求，以确保人身和设备的安全。
首先，安全距离是指在开关电源正常工作状态下，应与人员和其他设备保持足够的距离，以避免电磁辐射、漏电等可能带来的危险。
在确定安全距离时，应考虑以下因素：1. 电磁辐射：开关电源在工作时会产生电磁辐射，如果人员长时间处于辐射范围内，可能会对健康产生影响。
因此，在设计和安装开关电源时，应遵循相关的国家标准和规范，将辐射限制在安全范围内。
根据具体的电磁辐射水平，可以确定人员和其他设备需要与开关电源保持的最小安全距离。
2. 漏电保护：开关电源在工作时也存在漏电的风险，如果人员接触到漏电电流，可能会导致身体触电。
因此，开关电源的设计和使用应符合相关的安全标准，并安装漏电保护器等设备，以确保漏电电流在安全范围内。
其次，开关电源的相关安全要求包括以下几个方面：1. 符合安全标准：开关电源的设计和制造应符合国家和行业相关的安全标准，如IEC 60950等。
这些标准包括对电源输入和输出的电压、电流、功率等参数的限制，以及对电磁辐射、漏电、过压、过流等安全风险的防护要求。
2. 合理的散热设计：开关电源在工作时会消耗一定的功率，并产生相应的热量。
因此，开关电源需要合理的散热设计，以确保温度不会过高，避免引发火灾等安全事故。
3. 适用的保护措施：开关电源应配置相应的保护电路和保护装置，以防止过压、过流、短路等故障情况的发生，保护电源本身和连接的设备免受损坏。
4. 安全的接线和连接：在安装和使用开关电源时，应按照产品说明书和相关安全要求进行正确的接线和连接。
接线应牢固可靠，避免出现接触不良、断线等故障，以防止电流过大或接地不良等安全隐患。
总之，开关电源的安全距离以及相关安全要求是我们在使用开关电源时需要重视的方面。
多路输出开关电源的设计及应用原则
多路输出开关电源的设计及应用原则多路输出开关电源是一种电力电子设备，它可以从交流电源中提供多个不同电压和电流的直流电输出。
在设计和应用多路输出开关电源时，有几个重要的原则需要考虑。
1. 选定合适的开关电源拓扑结构：多路输出开关电源可以采用多种拓扑结构，例如非隔离型Buck、Boost、Buck-Boost和隔离型Flyback、Forward等。
选择合适的拓扑结构需要考虑输出电压、输出功率和成本等因素。
2. 合理设计输出电压和电流的等级：多路输出开关电源通常需要提供不同电压和电流级别的输出。
在设计时，应根据实际需求合理确定输出电压和电流的等级，并确保满足负载的功率需求。
3. 增加输出电压和电流的调节功能：多路输出开关电源应具备电压和电流的调节功能，以满足不同负载的需求。
可以通过采用可调电压稳压器（例如LM317）或数字控制芯片（例如TL494）来实现。
4. 合理设计电源滤波电路：多路输出开关电源需要具备良好的电源滤波电路，以降低输入和输出端的电磁干扰。
可以采用电容、电感和磁珠等元件来设计滤波电路，并确保滤波效果良好。
5. 保证输出电压和电流的稳定性：输出电压和电流的稳定性是多路输出开关电源设计中的重要指标。
可以采用反馈控制回路和稳压芯片等来保证输出电压和电流的稳定性。
多路输出开关电源的应用范围广泛，常见应用包括：1. 电子设备：多路输出开关电源可以为电子设备提供不同电压和电流的直流电源，例如计算机、通信设备、工业自动化设备等。
2. 医疗设备：多路输出开关电源可以为医疗设备提供稳定、可靠的电源，例如医用仪器、电子监护设备等。
3. 光电设备：多路输出开关电源可以为光电设备提供适合的电压和电流，例如LED照明、激光器、光纤通信设备等。
4. 电源适配器：多路输出开关电源可以用作电源适配器，为各种便携电子设备充电，例如手机、平板电脑、笔记本电脑等。
需要注意的是，在使用多路输出开关电源时，应确保正确安装和连接，避免电气安全问题。
开关电源的设计
开关电源的设计开关电源的设计是一种将交流电转换为直流电的电源设计方法。
它具有高效率、稳定性好、体积小等优点，广泛应用于各种电子设备和通信设备中。
本文将从开关电源的原理、设计流程和关键技术等方面进行详细介绍。
第一部分：开关电源的原理开关电源是通过不同的开关电子元件进行电流的开关控制，实现对输入电流的调节。
其基本原理是将交流电通过整流、滤波电路转换为直流电，然后利用开关管对直流电进行高频开关控制，通过变压器进行电压变换，最后通过滤波电路和稳压电路得到稳定的输出电压。
第二部分：开关电源的设计流程开关电源的设计包括需求分析、电路设计、元器件选型和PCB设计等环节。
需求分析阶段主要确定输出电压、电流、输入电压范围等参数，并结合所需的保护功能进行设计要求的确定。
电路设计阶段主要根据需求确定各级电路的拓扑结构、开关元件、滤波电路和稳压电路等设计方案。
元器件选型阶段则根据设计方案选择适合的开关元件、变压器、电感、电容等元器件，并考虑其性能、成本和可获得性等因素。
最后，通过PCB设计将电路方案落实到具体的电路板上。
第三部分：开关电源设计中的关键技术在开关电源设计中，有一些关键技术需要特别注意。
首先是开关频率的选择，开关频率过高会增加功率损耗，开关频率过低则会导致变压器体积增大。
其次是开关管的选型，选择合适的开关管可以提高转换效率和稳定性。
另外，设计有效的磁偶合电路可以减小变压器的体积和重量。
同时，设计合理的电感和电容滤波电路可以提高输出稳定性。
最后，合理选择保护电路，如过压保护、过流保护和短路保护等，提高电源的可靠性和安全性。
第四部分：开关电源设计中的常见问题和解决方法在开关电源的设计中，常常会遇到一些问题，如电磁干扰、温升过高和功率因数低等。
为了解决这些问题，可以采用屏蔽技术、降低开关频率和增加散热设计等方法。
另外，合理选择功率因数校正电路可以提高功率因数。
结论：开关电源的设计涉及到电路设计、元器件选型、PCB设计和关键技术等多个方面。
开关电源电路设计要点与调试
开关电源电路设计要点与调试开关电源是一种用于电子设备的电源供应，其具有高效率、稳定性和可调性等优点。
设计和调试开关电源时，需要注意一些重要要点。
一、开关电源设计要点：1.选择适当的拓扑结构：开关电源的拓扑结构有多种，如降压型、升压型、升降压型等。
要根据设备的功率需求和使用环境来选择合适的拓扑结构。
2.选择合适的功率器件：开关电源的功率器件主要包括开关管、二极管和变压器等。
需要选择具备合适功率和工作频率范围的器件，并且要考虑其可靠性和成本。
3.控制和保护电路设计：开关电源需要有稳定的控制和保护功能，如输出电压、电流的监测和调节，过载、过压、短路等故障的保护。
需要设计相应的反馈和控制电路，保证开关电源的可靠工作。
4.选择合适的滤波电路：开关电源在工作过程中会产生较大的开关干扰，需要采取合适的滤波措施，减小开关干扰对其他电子设备的影响。
5.选择合适的输出电容：开关电源的输出端需要连接电容进行滤波，以减小输出纹波。
应选择适当容量和质量的电容，保证输出电压稳定。
6.保证开关电源的安全性：开关电源设计时需要考虑一些安全因素，如避免触电危险、瞬态过电压保护等，保证电源的安全可靠性。
7.合理布局和散热设计：开关电源的布局设计要合理，器件的热量要及时散热，避免温度过高对电源稳定性的影响。
二、开关电源调试要点：1.确认电源输入输出参数：在开关电源调试之前，首先要明确电源的输入和输出参数，如输入电压范围、输出电压和电流等，以便调试和验证工作的正确性。
2.建立逐步调试的过程：开关电源调试时可以采用逐步调试的方法，即先调试一部分功能，然后逐渐增加其他功能的调试。
这样可以避免在调试过程中出现一些难以排查的问题。
3.注意开关电源的保护功能：在调试的过程中，要注意开关电源的保护功能是否正常，如过载、过压、短路等故障保护功能是否有效。
可以通过人工模拟故障情况进行测试。
4.确保开关电源的稳定性：开关电源在调试过程中需要保证输出电压和电流的稳定性。
半导体器件的散热器设计
半导体器件的散热器设计半导体开关器件所产生的热量，在开关电源中占主导地位，其热量主要来源于半导体开关器件的开通、关断及导通损耗。
采用软开关方式（ZCS或ZVS）可以使电路中的电压或电流在过零时开通或关断，可以最大限度地减少开关损耗，但是也无法彻底消除开关管的损耗，故利用散热器是常用的主要方法之一。
1 散热器的热阻模型散热器是开关电源的重要组成元件，它的散热效果的好与坏关系到开关电源的工作性能。
散热器通常采用铜或铝，虽然铜的热导率比铝高两倍，但其价格比铝高得多，故目前普遍采用铝型材做散热器。
铝型材的表面积越大，其散热效果越好。
散热器的热阻模型及其等效电路如图1（a）、（b）所示。
图1 散热器的热阻模型及其等效电路半导体结温公式如下：式中PC——功率开关管工作时的损耗；PC max——功率开关管的额定最大损耗；Tj——功率开关管的结温；Tj max——功率开关管的最大允许结温；Ta——环境温度；Tc——预定的工作环境温度；Rs——绝垫热阻；Rc——接触热阻（半导体管和散热器的接触部分）；Rf——散热器的热阻（散热器与空气）；Ri——内部热阻（PN结接合部与外壳封装）；Rb——外部热阻（夕卜壳封装与空气）。
根据图（b）所示的热阻等效电路，全热阻可以写成为R j-a=R i+[R b.(R s+R c+R f)]/(R b+R s+R c+R f)因为R b》（R s+R c+R f）,故可以近似认为R j-a=R i+R s+R c+R f（1）PN结与外部封装之间的热阻抗（又叫内部热阻抗）R i与半导体PN结构造、所用材料、外部封装内的填充物直接相关，每种半导体都有自身圃有的热阻抗。
（2）接触热阻抗Rc是由半导体、封装形式和散热器的接触面状态所决定的。
接触面的平坦度、粗糙度、接触面积、安装方式等，都会对它产生影响。
当接触面不平整、不光滑或接触面紧固力不足时，就会增大接触热阻抗Rc。
在半导体管和散热器之间涂上硅油时，可以增大接触面积，排除接触面之间的空气，硅油本身又具有良好的导热性，可以大大降低接触热阻抗Rc。
反激开关电源问题解决措施
反激开关电源问题解决措施激开关电源是一种常见的电源转换方式，具有高效率、小体积和大功率特点，广泛应用于各种电子设备中。
然而，由于其工作原理的特殊性，也存在着一些问题，如电磁干扰、热量过高、噪音大等。
本文将围绕这些问题提出相应的解决措施。
首先是电磁干扰问题。
激开关电源工作时，会产生高频电流和高频噪声，对周围的其他电子设备产生干扰。
针对这个问题，可以采取以下几个解决措施。
1. 优化线路布局：在设计电路板时，合理布局各个元件之间的距离，减小互相之间的电磁干扰。
同时，应尽量将高频信号的传输线路和低频信号的传输线路分开，减少相互干扰。
2. 添加滤波器：在输入和输出端口添加适当的滤波器，可以有效地滤除高频噪声，并减少干扰。
常见的滤波器有LC滤波器和脉冲变压器，能够通过消除回路共振或提供额外的电感来抑制噪声。
3. 外壳屏蔽：对于特别敏感的设备，可以在电源的外壳和线路之间添加合适的屏蔽层，有效地隔绝电磁干扰的传播。
其次是激开关电源热量过高问题。
由于激开关电源工作时会产生较多的热量，如果散热不良，可能会导致设备损坏。
为了解决这个问题，可以采取以下几个措施。
1. 散热设计：在电源的电路板上布置合理的散热元件，如散热片、散热鳍片等，以增加散热面积和散热效果。
如果设备的空间够大，还可以加装散热风扇来提高散热效果。
2. 优化元件选择：选择低损耗的开关管和电容，减少能量的损失和热量的产生。
此外，还可以选择工作频率更高的开关电源，因为频率越高，电源的体积就越小，相同功率下热量产生较少。
3. 合理布局：在设备设计中，应合理布局各个元件和线路，避免堆积，以便热量能够得到有效传导和散发。
另外，噪音问题也是激开关电源常见的一个问题。
激开关电源工作时，会产生一定的噪音，影响设备的稳定性和使用效果。
要解决这个问题，可以采取以下几个手段。
1. 优化电源设计：在设计电源时，应采用合适的开关管和电容，以减少电源开关时产生的噪声。
此外，还可以采取一些降低噪电流的措施，如增大电容容值、提高滤波效果等。
开关电源散热设计
材料 厚度 （!!） 热阻
氮化硼瓷片氮化硼瓷片氮化硼瓷片氮化硼瓷片氮化硼瓷片 "#$ % %#& %#’ %#(
聚酯膜
云母片 "#%) * "#& "#.) "#/
无硅脂 "#(& * "#$ "#$% * %#"( "#.. * "#() %#"" * %#%/ "#(& * "#($ "#$. * %#"’ "#’& * "#’) "#’/ * "#’$ "#’’ * "#’/ "#/" * "#/%
表 %% , # 材料 厚度 （00） 热阻 无硅脂 &"(( &"#* （ 1 2 3） 有硅脂 接触热阻的参考数据 （安装在散热片上的 /# 封装的晶体管管壳） 无垫片 铝箔 &"&# 铜箔 &"&( 氧化铍瓷片氧化铝瓷片氧化铝瓷片氧化铝瓷片 * &"! % %"++ 图 %% , ’ 界面模型
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第十一章
开关电源的散热设计
— —材料两端高低温温差 （"） 。 !! ! — 与式 （## $ #） 相比较， 可以得出热阻 "" 公式 将式 （## $ %） # （## $ ’） $% 从 ) 端输出， 如图 ## $ * 所示， 在热传导 假设热阻串并联网络中热量 & 从 ( 端输入， 过程中没有向外界辐射热量， 即输入、 输出的热量相等， 这样通过每个热阻产生的温差分 "" & 别为 。 &； &； &； &# + "" &（ !!# & "" !!% & "" !!’ & "" !!* & "" % &# + &% & & ） # % ’ * , 在铝板的一端有散热器， 另一端有发热元件， 铝板的 铝导热板模型如图 ## $ , 所示， 中部开有两个长方孔， 利用铝板导热， 其热阻为
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
开关电源热设计实验报告
开关电源系统热分析与热测量实验报告1 实验目的通过对一个典型的开关电源系统的设计、热分析与热测量，使学生掌握典型电子系统的工作原理、设计方法，学会利用现代热分析软件及热测量手段（红外热像仪、多点测温系统）对电子设备进行热分析与热测量，了解元器件的工作温度要求及环境温度对系统可靠性的影响。
2 实验设备及工具3 实验原理3.1 开关电源系统的组成及工作原理传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源，这种电源技术成熟，有大量的集成化模块，具有稳定性好，输出纹波电压小，使用可靠等优点。
但其体积大，重量沉，尤其是效率极低，仅为45%左右。
而开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关元器件，通过控制开关信号的占空比调整输出电压，效率可高达70%—95%。
开关电源是指通过开关三极管的导通—截止—导通过程，给负载提供能量的一类电源。
开关电源主要由取样电路、基准电压电路、误差放大器、三角波发生器（振荡器）、电压比较器、开关功率管、变压器和整流、滤波电路组成。
其原理方框图如图1所示。
图 1 开关电源原理图取样电路通过R1 、R2对输出电压U分压得到反馈电压UF，基准电压电路输出稳定的电压VREF，两个信号之差经误差放大器A1 放大后，作为电压比较器A2 的阈值电压V P 。
将三角波发生器的输出U s 与V P 比较，得到开关管的控制信号，驱动开关管工作，开关管输出的矩形脉冲信号经变压、整流和滤波后得到输出电压U0 。
当U升高时，反馈电压UF随之增大，与基准电压VREF之间的差值减小，因而误差放大器A1 的输出电压VP减小，经电压比较器A2 后，开关控制信号的占空比变小，开关管导通时间缩短，引起电容的充电时间缩短，因此输出电压随之减小；反之，当U0 降低时，反馈电压UF随之减小，与基准电压VREF之间的差值增大，因而误差放大器A1 的输出电压VP增大，经电压比较器A2 后，开关控制信号的占空比变大，开关管导通时间增长，引起电容的充电时间增长，因此输出电压随之变大。
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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℃.Tstg--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,Ta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Tc﹤Ta-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Tc-max:Tc-max=Tj- Rjc*P第三步:计算要达到目标需要的Rca:Rca=(Tc-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=(Tc-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RcaRs*28/(Rs+28)小于19.12Rs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,WQ--风扇的风量,CFMT--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 3.5100 2.8200 2.3300 2.0400 1.8PCB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/mKAA6061型铝合金 155 W/mKAA6063型铝合金 201 W/mKADC12型铝合金 96 W/mKAA1070型铝合金 226 W/mKAA1050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.。