電源模塊發(fā)熱問題會嚴重危害模塊的可靠性，使產(chǎn)品的失效率將呈指數(shù)規(guī)律增加，電源模塊發(fā)熱嚴重怎么辦？本文從模塊的熱設(shè)計角度出發(fā)，介紹各類低溫升、高可靠性的電源設(shè)計及應(yīng)用解決方案。

高溫對功率密度高的電源模塊的可靠性影響極其大，高溫會導致電解電容的壽命降低、變壓器漆包線的絕緣特性降低、晶體管損壞、材料熱老化、低熔點焊縫開裂、焊點脫落、器件之間的機械應(yīng)力增大等現(xiàn)象。有統(tǒng)計資料表明，電子元件溫度每升高2℃，可靠性下降10%。

一、關(guān)鍵器件的損耗

表 1是開關(guān)電源關(guān)鍵器件的熱損耗根源，了解器件發(fā)熱原因，為散熱設(shè)計提供理論基礎(chǔ)，能快速定位設(shè)計方案。

表 1  主要元器件損耗根源

二、開關(guān)電源熱設(shè)計

從上表了解關(guān)鍵發(fā)熱器件和發(fā)熱的原因后，可以從以下兩方面入手：

1、從電路結(jié)構(gòu)、器件上減少損耗。

如采用更優(yōu)的控制方式和技術(shù)、高頻軟開關(guān)技術(shù)、移相控制技術(shù)、同步整流技術(shù)等，另外就是選用低功耗的器件，減少發(fā)熱器件的數(shù)目，加大加粗印制線的寬度，提高電源的效率。

a.方案選擇優(yōu)化熱設(shè)計

圖 1是同一個產(chǎn)品的熱效果圖，圖 1 中的A圖采用軟驅(qū)動技術(shù)方案，圖 1 中的B圖采用直接驅(qū)動技術(shù)方案，輸入輸出條件一樣，工作30分鐘后測試兩個產(chǎn)品的關(guān)鍵器件溫度，如表 2所示, A圖關(guān)鍵器件MOS的溫度降幅是B圖的32%，關(guān)鍵器件溫度降低同時，提高了產(chǎn)品的可靠性，e所以采用高頻軟開關(guān)技術(shù)或者軟驅(qū)動技術(shù)，能大幅度降低關(guān)鍵器件的表面溫度。

圖 1  采用不同驅(qū)動方案后的熱效果圖

表 2  主要元器件損耗根源

b.器件選擇優(yōu)化熱設(shè)計

器件的選擇不僅需要考慮電應(yīng)力，還要考慮熱應(yīng)力，并留有一定降額余量。圖2為一些元件降額曲線，隨著表面溫度增加，其額定功率會有所降低。

圖2 降額曲線

元器件的封裝對器件的溫升有很大的影響。如由于工藝的差異，DFN封裝的MOS管比DPAK（TO252）封裝的MOS管更容易散熱。前者在同樣的損耗條件下，溫升會比較小。一般封裝越大的電 阻，其額定功率也會越大，在同樣的損耗的條件下，表面溫升會比較小。

有時電路參數(shù)和性能看似正常，但實際上隱藏很大的問題。如圖3所示，某電路基本性能沒有問題，但在常溫下，用紅外熱成像儀一測， MOS管的驅(qū)動電阻表面溫度居然達到95.2℃。長期工作或高溫環(huán)境下，極易出現(xiàn)電阻燒壞、模塊損壞的問題。通過調(diào)整電路參數(shù)，降低電阻的歐姆熱損耗，且將電阻封裝由0603改成0805，大大降低了表面溫度。

圖3驅(qū)動電阻表面溫度

c.PCB設(shè)計優(yōu)化熱設(shè)計