HOPLITE
HOPLITE 2005-10-10
   

一、散热考虑

所有的功率转换产品在运转时,由于内部功率消耗都将产生一些热量。在每一应用中都有必要限制这种"自身发热",使模块外壳温度不超过指定的最大值。在下面介绍了DC-DC转换器外壳升温的大概过程。

1、可用的功率密度

绝大多数DC-DC转换器生产商都以产品的功率密度作为水准,来衡量产品的有效性。功率密度通常由瓦/立方英寸(W/in3)来表示。了解功率密度定义的条件是非常重要的。如果用户不能在规定的最大的环境温度范围内使用DC-DC转换器,就有可能达不到参数中的最大输出功率。
DC-DC转换器可用的平均输出功率取决于可用的功率密度。在下面的应用中,可用的功率密度由下列因素确定:
(1) 所要求的输出功率
所要求的输出功率是应用需要的最大平均功率。在多输出DC-DC转换器中,就是各个独立输出的输出功率的总和。
(2) 转换效率
转换效率是指输出功率与输入功率之比。
效率= P输出/P输入
内部功率消耗可以从转换效率推导得出。
P内部= P输出*(1-效率)/效率
最具代表性的效率值是在额定输入电压和满负载输出功率下的值。由于负载的减少或输入电压的变化,效率会发生一些改变。

2、 热阻抗

热阻的定义是功率消耗产生的温升。热阻通常用℃/W表示。
1) 外壳最高工作温度
所有DC-DC转换器都规定了外壳最高工作温度。该温度是指DC-DC转换器内部的元件工作时所能承受的最高温度,为保持转换器的可靠性,应工作在最高温度以下。
2) 工作环境温度
指在DC-DC转换器工作时,最差的周围环境温度。

二、估算模块外壳温度

在应用场合中有许多因素都可能影响外壳工作温度。下面的过程可以指导你如何估算热特性情况。在每一项应用中,温度的冷却和最高外壳工作温度都需要经常认真地核对、检查。
估算外壳工作温度的过程如下:
(1) 确定应用所需要的最大输出功率。
(2) 确定应用的最高工作环境温度。应该对应DC-DC转换器周围最高环境温度的规定值。
(3) 确定内部功率消耗。
P内部= P输出*(1-效率)/效率
(4) 计算所估计的外壳工作温度。
T外壳温度= T环境+ P内部* R外壳-环境 R外壳-环境= R外壳-散热片+ R散热片-环境
T外壳=外壳温度 T环境=环境温度
P内部=内部功率消耗 R外壳-环境=外壳到环境的热阻
R外壳-散热片=外壳到散热片的热阻 R散热片-环境=散热片到环境的热阻5) 在应用中通过测量外壳温度检验热特性。

三、降低外壳温度

在一定的工作环境温度和输出负载条件下,在正常的大气环境下(自然对流冷却),外壳到周围环境的热阻可能使外壳工作温度超过特定的最大值。如果确实如此,就需要降低外壳到周围环境的热阻,从而降低外壳工作温度。
下面的技术可以用来减少热阻R外壳-环境:
1)附加散热片
散热片的用途是增大散热片面积,以便将DC-DC转换器产生的热量转移到空气中。这会降低热阻,但增加了DC-DC转换器的体积。当使用散热片时,将散热片在空气中垂直排列会产生最好的效果。如果散热片不是暴露在空气中,热量转移将受到一定的影响。
当给DC-DC转换器添加散热片时,应考虑散热片装配表面与DC-DC转换器外壳之间的热阻,计算方式如下:
R外壳-环境=R外壳-散热片+ R散热片-环境
因为DC-DC转换器外壳和散热片装配表面不是完全平坦的,所以组装时在两个表面之间会产生空隙。这些空隙产生热阻R外壳-散热片。可使用热表面材料(导热硅脂等)将表面热阻减少到最小。使用这种热表面材料,R外壳-散热片值可以达到1℃/W以下。
2)提供气流
气流对于改进散热片状况及减少热阻,是一种有效的方法。气流可迫使空气冷却,应用中可使用风扇或吹风机。气流可降低热阻,而不用加散热片,从而也不用增加DC/DC转换器的体积。在某些应用场合没有气流,但加装风扇也不是最佳选择。因为风扇会增加系统整体体积,影响系统的平均无故障工作时间(MTBF),并产生噪声。
气流定义通常采用线性英尺每分钟(LFPM)或立方英尺每分钟(CMF)来表示:
CMF=LFPM*area
3) 增加散热片并提供气流
带有气流的散热片可以极大地减少热阻。当使用散热片时,最好使气流平行于散热片表面流动。对于一个长方形的DC-DC转换器,气流顺着转换器的长边吹,而散热片平行于其转换器的短边,这样散热效果最好。

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