以博大电源模块为例详解模块电源散热

1、以博大电源模块为例详解模块电源散热电源模块在运行过程中，由于模块内部将产生功率消耗，而且以热量的形式产生，若不将这些热量发 散出去，将会聚积在模块内部，使得温度过高，进而可能促使功率器件超过额定的温度极限；轻则缩短模 块电源使用寿命，重则损坏模块。所以散热设计对于电源模块来说至关重要。一般额定操作温度的定义， 均是以外壳温度或指定之热点为温度量测基准，如下图的红点所示。外壳遍度量测点，指定热点量测.；il1便用在具有散热外壳型式的模块* 通常定义为外壳的中心点.使宅在5的Frame型式模块 坯常定爻为洞度員妾的罕件表面.般而言，电源模块最大可操作的外壳温度极限,以将基准温度降低至额定范围内为散

2、热设计之目标。 依不同设计，多设定在100 C 110 C左右。1. 外壳温度估算在一般应用中，通常采用实际测量来得出实际外壳温度。但在部份情况下，实际测量无法实现；此时 则可通过估算的方式得出大概的外壳温度。下面就通过博大科技电源模块的实际范例，介绍电源模块外壳温度估算的步骤，以避免模块工作超过 最高外壳工作温度。估算步骤如下：STEP 1 -确定电源模块最大的操作环境温度（Ta）STEP 2 -估算最大输出功率（Po）估算实际应用时，所需的最大输出功率Po。如果是多路输出，则指多路输出的总输出功率。方程式如下：STEP 3 -确定转换效率（n）一般模块只提供额定输入电压在满负载输出功率及2

3、5 C环境温度下的效率值， 实际上在不同的负载情况或输入电压时，以及不同的操作环境温度，效率会发生一些改变，博大科技电源模块在规格书内都已提 供上述的效率曲线图，可依照实际的条件，查询转换效率。STEP 4 -确定外壳对环境的热阻（0 ca热阻定义为单位消耗功率所产生的上升温度，通常以C/W表示。STEP 5 -估算电源模块本身所产生之消耗功率（Pd）方程式如下：STEP 6 -估算电源模块外壳的工作温度（Tc）。方程式如下:STEP 7 -确认上述外壳工作温度应在最高工作温度以下。实例详解以博大科技40W电源模块 FEC40-48S05 （输出电压：5V，满载电流：8.0A ）为例为大家介绍

4、一下如 何估算电源模块外壳温度。假设实际操作条件如下：-最大操作环境温度（Ta）为50 C-输入电压（Vin ）为48V时-输出电压（Vout ）为5V时-实际负载电流（lout）为6.4A。（ 6.4A / 8.0A = 80%满负载）-实际输出功率（Po）为5Vout X 6.4A = 32W依规格书所提供的输出负载及输入电压对效率的曲线图可查出，在Vin=48V , Iout=80%满负载时的转换效率n =92%Efficiency Versus Output Current由规格书中可以查询到，在不加散热片及无强制气流的情况下0 ca = 9.2 （C /W）计算电源模块之消耗功率：J

5、p =-(l-/7)= 32.(l-92%) = 27S3Jr计算电源模块外壳温度:n92%ENVIRONMENTAL SPECIF1CATIOH8MH i-tCOL( M1!廿忙理ail7； =7； + /- = 50 + 2583 *9.2 = 75.6ZC结论：在此操作条件下，外壳温度（Tc）约为75.6 C，低于额定温度 100 C,故符合工作温度和设计 使用要求。2. 散热设计如果上述的估算已经超过外壳最大工作温度，则必须增加散热的设计。由估算外殻温度的方程式可知，Ta及Pd是系统操作时的条件，可视为定值，故要降低外壳温度，需要由降低外壳到环境的热阻（0 ca着手，0 ce也是散热设

6、计中最重要的因子。在博大科技电源产品的规格书内，都有提供在多种散热条件下，模块到环境的热阻值。这个热阻值是 在恒温、恒湿及可控风速的标准实验设备里直接测得，非常具有参考价值。具体标准测量方法如下图：坏温5冈速 测点3. 散热方法在系统没有任何散热设计的情况下，应该确保顶部和底部保留足够的气流信道，使模块在运作产生热 能时，与环境空气因温度差而产生自然对流冷却。在气流信道不完善的情况下，导致模块壳温过高时，可以通过以下的方式，做为散热设计。增加散热片散热片的主要作用，是增加热源对环境空气之间的接触面积，在有适当空气对流的情况下（包含自然 对流），可明显的降低热阻0 ca散热片与电源模块外壳在直接

7、接合时，因为外壳与散热片都是坚硬的材质，并无法确保完全密合平整,多少会产生一些缝隙，这将会增加热阻；所以电源模块在组配散热片时需使用导热的表面材料，如导热硅 脂（Thermal compound ）、导热硅胶片（Thermal Pad ）等，来确保外壳与散热片的紧密结合及减少缝隙； 组装结构示意图如下所示。HEATSINKehaPOWER CONVERTER组配后的热阻0 ca为0 cp 0 ph 0 ha的总和；因为空气在不流动的情况下热阻极大，故与空气接触的 0 h为最主要的热阻。使用散热片可以大幅度降低0 h啲方式，但若 0 cp 0 ph不佳，也会影响到总热阻0 ca这也是为什么需要使

8、用具有良好导热性及填缝效果之Thermal Pad的原因。最好的散热片摆放方式，是散热片的鳍片上下垂直于空气中，形成良好的”烟囱效应”如此才能拥有最好的自然对流效果；在无强制气流辅助散热的情况下，尤其重要。强制气流一般使用风扇来产生强制气流，藉由空气快速的流动，将热能量由外壳表面带走，这是减少模块热阻0 cdl勺有效方法，尤其在开放式的模块（Open Frame Module）中，常使用此方式散热；气流的定义通常采用线性英尺每分钟（LFM ）或立方英尺每分钟（CFM ）（ CFM = LFM * Area ）;以LFM为主。风速愈大，热阻愈小，则散热效果愈佳；使用时需留意风向避免与模块脚框（f

9、rame）垂直，这样会降低散热效果。若系统中同时使用散热片及强制气流，则气流与散热片方向的搭配方式，应如左下图所示，方可得到 最佳的散热效果；而如右下图所示的方式是错误的，气流不顺畅，散热效果不佳。正确的搭配方式电源模块与机架外壳连接使用电源模块之系统，若系统设计有金属外壳（chassis）或机架，则可利用此机架外壳当成散热片,将热能量疏导到机架外壳上；但需留意机架外壳与模块之间是否密合，密合程度愈高，则导热及散热效果 愈好；若机架外壳表面不甚平整，则必要时可选择较厚或较柔软的导热硅胶片，将接合缝隙填满，产生最 佳的组配结合。依照中电华星多年来对模块电源的研究和使用经验，最后需要强调两点：一是如果模块要求的最高壳温不能超过某个温度值，那么模块最安全、最稳定、最高效的运行壳温应 为该温度值的70%或以下，例如一个模块标称的最高壳温为100C，