开关电源的可靠性热设计

文章摘要： 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.如UC3842A、UC3843A热特性:6 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-26

开关电源的可靠性热设计,标签：电源电路,电路设计,http://www.88dzw.com
    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.
如UC3842A、UC3843A热特性:

6 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%=4.9V
PD=(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.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℃/W
θCS=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,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.
下表列出了普通表面安装的热阻额定值,详见数据手册.
表8典型的表面安装的热阻(单位:℃/W)
封装RjaRjc
SOD123340150
SOT2355675
SOT2231597.5
SO-86321
SMB13
SMC11
DPAK806
D2PAK502
7 强迫风冷散热方式的分析
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.
强迫风冷的散热量比自然冷却大十倍以上,但是要增加风机、风机电源、联锁装置等,这不仅使设备的成本和复杂性增加,而且使系统的可靠性下降,另外还增加了噪声和振动,因而在一般情况下应尽量采用自然冷却,而不采用风冷、液冷之类的冷却方式.高频变压器和电感线圈应选用较粗的导线来抑制温升.从经验来看,尽量保证磁体损耗和线圈铜损的相同,可使高频变压器的整体功耗最小,减小发热量.
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.如果将温度等效为电压,将功率等效为电流,则图1所示的热模型类似于欧姆定律,V=I*R (欧姆定律) 散热的计算有一个最基本的公式:

上一页  [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]  下一页