【正文】 器件的熱量盡快地發(fā)散出去,一般從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮:使用散熱器、冷卻風(fēng)扇、金屬pcb、。由于半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的熱量在開關(guān)電源中占主導(dǎo)地位,其熱量主要來源于半導(dǎo)體器件的開通、,采用零開關(guān)變換拓?fù)浞绞疆a(chǎn)生諧振使電路中的電壓或電流在過零時(shí)開通或關(guān)斷可最大限度地減少開關(guān)損耗但也無法徹底消除開關(guān)管的損耗故利用散熱器是常用及主要的方法.由于散熱器是開關(guān)電源的重要部件,雖然銅的熱導(dǎo)率比鋁高2倍但其價(jià)格比鋁高得多,半導(dǎo)體結(jié)溫公式如下式如示：pcmax(ta)=(tjmaxta)/θja(w)(1)pcmax(tc)=(tjmaxtc)/θjc(w)(2)pc:功率管工作時(shí)損耗pc(max):功率管的額定最大損耗tj:功率管節(jié)溫tjmax:功率管最大容許節(jié)溫ta:環(huán)境溫度tc:預(yù)定的工作環(huán)境溫度θs:絕緣墊熱阻抗θc:接觸熱阻抗(半導(dǎo)體和散熱器的接觸部分)θf:散熱器的熱阻抗(散熱器與空氣)θi:內(nèi)部熱阻抗(pn結(jié)接合部與外殼封裝)θb:外部熱阻抗(外殼封裝與空氣)根據(jù)圖2熱阻等效回路,全熱阻可寫為:θja=θi+[θb*(θs+θc+θf)]/(θb+θs+θc+θf)(3)又因?yàn)棣萣比θs+θc+θf大很多,故可近似為θja=θi+θs+θc+θf(4)①pn結(jié)與外部封裝間的熱阻抗(又叫內(nèi)部熱阻抗)θi是由半導(dǎo)體pn結(jié)構(gòu)造、所用材料、.②接觸熱阻抗θc是由半導(dǎo)體、粗糙度、接觸面積、安裝方式都會對它產(chǎn)生影響。當(dāng)接觸面不平整、不光滑或接觸面緊固力不足時(shí)就會增大接觸熱阻抗θc。在半導(dǎo)體和散熱器之間涂上硅油可以增大接觸面積，排除接觸面之間的空氣而硅油本身又有良好的導(dǎo)熱性，可以大大降低接觸熱阻抗θc。當(dāng)前有一種新型的相變材料，專門設(shè)計(jì)用采取代硅油作為傳熱介面，在65℃（相變溫度）時(shí)從固體變?yōu)榱黧w，從而確保界面的完全潤濕，該材料的觸變特性避免其流到介面外。其傳熱效果與硅油相當(dāng)，但沒有硅油帶來的污垢，環(huán)境污染和難于操作等缺點(diǎn)。用于不需要電氣絕緣的場合。典型應(yīng)用包括cpu散熱片，功率轉(zhuǎn)換模塊或者其它任何簧片固定的硅油應(yīng)用場合，它可涂布在鋁質(zhì)基材的兩面，可單面附膠，雙面附膠或不附膠。③絕緣墊熱阻抗θs、厚度、面積。下表中列出幾種常用半導(dǎo)體封裝形式的θs+θc④散熱器熱阻抗θf散熱器熱阻抗θf與散熱器的表面積、表面處理方式、散熱器表面空氣的風(fēng)速、散熱器與周圍的溫度差有關(guān)。因此一般都會設(shè)法增強(qiáng)散熱器的散熱效果，主要的方法有增加散熱器的表面積、設(shè)計(jì)合理的散熱風(fēng)道、增強(qiáng)散熱器表面的風(fēng)速。散熱器的散熱面積設(shè)計(jì)值如下圖所示： 但如果過于追求散熱器的表面積而使散熱器的叉指過于密集則會影響到空氣的對流，熱空氣不易于流動也會降低散熱效果。自然風(fēng)冷時(shí)散熱器的叉指間距應(yīng)適當(dāng)增大，選擇強(qiáng)制風(fēng)冷則可適當(dāng)減小叉指間距。如上圖所示：⑤散熱器表面積計(jì)算s=(δt*α)(m2)δt:散熱器溫度與周圍環(huán)境溫度（ta）的差（℃）α：熱傳導(dǎo)系數(shù)，是由空氣的物理性質(zhì)及空氣流速決定。α由下式?jīng)Q定。α=nu*λ/l()λ:熱電導(dǎo)率（kcal/m2h）空氣物理性質(zhì)l：散熱器高度（m）nu：空氣流速系數(shù)。由下式?jīng)Q定。nu=*√[(vl)/v’]*3√prv：動粘性系數(shù)（m2/sec）,空氣物理性質(zhì)。v’:散熱器表面的空氣流速(m/sec)pr:系數(shù),見下表 [例]2scs5197在電路中消耗的功率為pdc=15w,工作環(huán)境溫度ta=60℃,求在正常工作時(shí)散熱器的面積應(yīng)是多少?解:查2scs5197的產(chǎn)品目錄得知:pcmax=80w(tc=25℃),tjmax=150℃+θc=℃/w從(2)式可得θi=θjc=(tjmaxtc)/pcmax=(15025)/80≒℃/w從(1)式可得θja=(tjmaxta)/pdc=(15060)/15=6℃/w從(4)式可得θf=θja－(θi＋θc＋θs)≒6－(+)=℃/w℃/:使用2mm厚的鋁材至少需要200cm2,因此需選用140*140*2mm以上的鋁散熱器.注：在實(shí)際運(yùn)用中，tjmax必須降額使用，以80%額定節(jié)溫來代替tjmax確保功率管的可靠工作。自然風(fēng)冷與強(qiáng)制風(fēng)冷在開關(guān)電源的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，通常采用自然風(fēng)冷與風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷二種形式。自然風(fēng)冷的散熱片安裝時(shí)應(yīng)使散熱片的葉片豎直向上放置，若有可能則可在pcb上散熱片安裝位置的周圍鉆幾個(gè)通氣孔便于空氣的對流。強(qiáng)制風(fēng)冷是利用風(fēng)扇強(qiáng)制空氣對流，所以在風(fēng)道的設(shè)計(jì)上同樣應(yīng)使散熱片的葉片軸向與風(fēng)扇的抽氣方向一致，為了有良好的通風(fēng)效果越是散熱量大的器件越應(yīng)靠近排氣風(fēng)扇，在有排氣風(fēng)扇的情況下，散熱片的熱阻如下表所示：金屬pcb隨著開關(guān)電源的小型化，表面貼片元件廣泛地運(yùn)用到實(shí)際產(chǎn)品中，這時(shí)散熱片難于安裝到功率器件上。當(dāng)前克服該問題主要采取金屬pcb作為功率器件的載體，主要有鋁基覆銅板、鐵基覆銅板，金屬pcb的散熱性遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的pcb且可以貼裝smd元件。另有一種銅芯pcb，基板的中間層是銅板絕緣層采用高導(dǎo)熱的環(huán)氧玻纖布粘結(jié)片或高導(dǎo)熱的環(huán)氧樹脂，它是可以雙面貼裝smd元件，大功率smd元件可以將smd自身的散熱片直接焊接在金屬pcb上，利用金屬pcb中的金屬板來散熱。 發(fā)熱元件的布局開關(guān)電源中主要發(fā)熱元件有大功率半導(dǎo)體及其散熱器，功率變換變壓器，大功率電阻。發(fā)熱元件的布局的基本要求是按發(fā)熱程度的大小，由小到大排列，發(fā)熱量越小的器件越要排在開關(guān)電源風(fēng)道風(fēng)向的上風(fēng)處，發(fā)熱量越大的器件要越靠近排氣風(fēng)扇。為了提高生產(chǎn)效率，經(jīng)常將多個(gè)功率器件固定在同一個(gè)大散熱器上，這時(shí)應(yīng)盡量使散熱片靠近pcb的邊緣放置。但與開關(guān)電源的外殼或其它部件至少應(yīng)留有1cm以上的距離。若在一塊電路板中有幾塊大的散熱器則它們之間應(yīng)平行且與風(fēng)道的風(fēng)向平行。在垂直方向上則發(fā)熱小的器件排在最低層而發(fā)熱大的器件排在較高處。發(fā)熱器件在pcb的布局上同時(shí)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離對溫度敏感的元器件，如電解電容等。結(jié)語開關(guān)電源的熱設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮產(chǎn)品所處的工作環(huán)境及實(shí)際的工作狀態(tài)并將上述幾種方法綜合運(yùn)用才能設(shè)計(jì)出既經(jīng)濟(jì)又能充分保證半導(dǎo)體散熱的開關(guān)電源產(chǎn)品。 開關(guān)電源保護(hù)電路的研究 標(biāo)簽：開關(guān)電源 明緯電源 開關(guān)電源廠分類：綜合電源技術(shù)更新日期：20090314 20:03 引 言 　　評價(jià)開關(guān)電源的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)該是以安全性、可靠性為第一原則[3]。在電氣技術(shù)指標(biāo)滿足正常使用要求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，必須設(shè)計(jì)多種保護(hù)電路，比如防浪涌的軟啟動，防過壓、欠壓、過熱、過流、短路、缺相等保護(hù)電路。同時(shí)，在同一開關(guān)電源電路中，設(shè)計(jì)多種保護(hù)電路的相互關(guān)聯(lián)和應(yīng)注意的問題也要引起足夠的重視?！　》览擞寇泦与娐?　　開關(guān)電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘瞬間，由于電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會形成很大的浪涌電流，特別是大功率開關(guān)電源，采用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流達(dá)100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流，重者往往會導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，整流橋過流損壞；輕者也會使空氣開關(guān)合不上閘[4]。上述現(xiàn)象均會造成開關(guān)電源無法正常工作，為此幾乎所有的開關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流的軟啟動電路，以保證電源正常而可靠運(yùn)行。防浪涌軟啟動電路通常有晶閘管保護(hù)法和繼電器保護(hù)法兩大類?！　?1) 晶閘管保護(hù)法　　圖1是采用晶閘管V和限流電阻R1組成的防浪涌電流電路。在電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流橋（D1～D4）和限流電阻R1對電容器C充電，限制浪涌電流。當(dāng)電容器C充電到約80%額定電壓時(shí)，逆變器正常工作。經(jīng)主變壓器輔助繞組產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號，使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻R1，開關(guān)電源處于正常運(yùn)行狀態(tài)。　　　　圖1 采用晶閘管和限流電阻組成的防浪涌電流電路　　(2) 繼電器保護(hù)法　　　　圖2 采用繼電器K和限流電阻R1構(gòu)成的防浪涌電流電路　　　　圖3 替代R2C2延遲電路　　圖2是采用繼電器K和限流電阻R1構(gòu)成的防浪涌電流電路。電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流（D1～D4）和限流電阻R1對濾波電容器C1充電，防止接通瞬間的浪涌電流，同時(shí)輔助電源Vcc經(jīng)電阻R2對并接于繼電器K線包的電容器C2充電，當(dāng)C2上的電壓達(dá)到繼電器K的動作電壓時(shí)，K動作，電源進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。限流的延遲時(shí)間取決于時(shí)間常數(shù)（R2C2），～。為了提高延遲時(shí)間的準(zhǔn)確性及防止繼電器動作抖動振蕩，延遲電路可采用圖3所示電路替代R2C2延遲電路。　　過壓、欠壓及過熱保護(hù)電路　　進(jìn)線電源過壓及欠壓對開關(guān)電源造成的危害，主要表現(xiàn)在器件因承受的電壓及電流能力超出正常使用的范圍而損壞，同時(shí)因電氣性能指標(biāo)被破壞而不能滿足要求。因此對輸入電源的上限和下限要有所限制，為此采用過壓、欠壓保護(hù)以提高電源的可靠性和安全性?！　囟仁怯绊戨娫丛O(shè)備可靠性的最重要因素。根據(jù)有關(guān)資料分析表明[5]，電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10%，溫升50℃時(shí)的工作壽命只有溫升25℃時(shí)的1/6，為了避免功率器件過熱造成損壞，在開關(guān)電源中亦需要設(shè)置過熱保護(hù)電路?！　　　　　D4 過壓、欠壓、過熱保護(hù)電路　　圖4是僅用一個(gè)4比較器LM339及幾個(gè)分立元器件構(gòu)成的過壓、欠壓、過熱保護(hù)電路。取樣電壓可以直接從輔助控制電源整流濾波后取得，它反映輸入電源電壓的變化，比較器共用一個(gè)基準(zhǔn)電壓，，調(diào)整R1可以調(diào)節(jié)過、欠壓的動作閾值。，RT為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，它與R7構(gòu)成分壓器，緊貼于功率開關(guān)器件IGBT的表面，溫度升高時(shí)，RT阻值下降，適當(dāng)選取R7的阻值。，當(dāng)其正向端輸入低電平時(shí)，比較器輸出低電平封鎖PWM驅(qū)動信號。由于4個(gè)比較器的輸出端是并聯(lián)的，無論是過壓、欠壓、過熱任何一種故障發(fā)生，比較器輸出低電平，封鎖驅(qū)動信號使電源停止工作，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。如將電路稍加變動，亦可使比較器輸出高電平封鎖驅(qū)動信號?！　∪毕啾Ｗo(hù)電路　　由于電網(wǎng)自身原因或電源輸入接線不可靠，開關(guān)電源有時(shí)會出現(xiàn)缺相運(yùn)行的情況，且掉相運(yùn)行不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)電源處于缺相運(yùn)行時(shí)，整流橋某一臂無電流，而其它臂會嚴(yán)重過流造成損壞，同時(shí)使逆變器工作出現(xiàn)異常，因此，必須對缺相進(jìn)行保護(hù)。檢測電網(wǎng)缺相通常采用電流互感器或電子缺相檢測電路。由于電流互感器檢測成本高、體積大，故開關(guān)電源中一般采用電子缺相保護(hù)電路。圖5是一個(gè)簡單的缺相保護(hù)電路。三相平衡時(shí)，R1～R3結(jié)點(diǎn)H電位很低，光耦合輸出近似為零電平。當(dāng)缺相時(shí)，H點(diǎn)電位抬高，光耦輸出高電平，經(jīng)比較器進(jìn)行比較，輸出低電平，封鎖驅(qū)動信號。比較器的基準(zhǔn)可調(diào)，以便調(diào)節(jié)缺相動作閾值。該缺相保護(hù)適用于三相四線制，而不適用于三相三線制。電路稍加變動，亦可用高電平封鎖PWM信號?！　　　D5 三相四線制的缺相保護(hù)電路 開關(guān)電源故障檢查 標(biāo)簽：開關(guān)電源 明緯電源 開關(guān)電源廠分類：綜合電源技術(shù)更新日期：20090312 15:18 現(xiàn)在，大多數(shù)的外設(shè)都使用開關(guān)電源進(jìn)行變壓。雖然開關(guān)電源具有體積小，工作效率高，穩(wěn)壓效果好等特點(diǎn)，但是由于開關(guān)電源是直接與市電相連的，