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电源模块热设计的一些基本原则

发布时间:2018-03-20 22:43:12来源:浏览次数: 409

  开关电源已普遍运用在当前的各类电子设备上,其单位功率密度也在不断地提高.高功率密度的定义从1991年的25W/in3、1994年36W/in3、1999年52W/in3、2001年96W/in3,目前已高达数百瓦每立方英寸。由于开关电源中使用了大量的大功率半导体器件,如整流桥堆、大电流整流管、大功率三极管或场效应管等器件。它们工作时会产生大量的热量, 如果不能把这些热量及时地排出并使之处于一个合理的水平将会影响开关电源的正常工作,严重时会损坏开关电源。为提高开关电源工作的可靠性,,热设计在开关电源设计中是必不可少的重要一个环节。

     电源模块热设计需符合以下几大基本原则

1、从有利于散热的角度出发,印制版最好是直立安装,板与板之间的距离一般不应小于20mm

  

2、在水平方向上,大功率器件尽量靠近印制板边沿布置,以便缩短传热路径;在垂直方向上,大功率器件尽量靠近印制板上方布置,以便减少这些器件工作时对其它器件温度的影响。

  

3、同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列,发热量小或耐热性差的器件(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等)放在冷却气流的最上流(入口处),发热量大或耐热性好的器件(如功率晶体管、大规模集成电路等)放在冷却气流最下游。

  

4、对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器件的正上方,多个器件最好是在水平面上交错布局。

  

5、设备内印制板的散热主要依靠空气流动,所以在设计时要研究空气流动路径,合理配置器件或印制电路板。空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动,所以在印制电路板上配置器件时,要避免在某个区域留有较大的空域。整机中多块印制电路板的配置也应注意同样的问题。

  

在设计电路时,首先要决定为PWM芯片供电的辅助电源模块是接输出地还是接输入地。在大多数场合中,输入地和输出地之间都有直流隔离。带负载的输出端接输出地。主开关功率晶体管接输入地,即网压供电变换器中整流所得的直流母线的其中一端(在以蓄电池供电的 DC/DC变换器中则为蓄电池的一个输出端)。

  在调节输出电压时,必须用连接输出地的直流误差放大器来检测输出电压,将其与参考电压比较并放大得到误差电压。该误差电压是参考电压与输出电压的一部分的差值,用于控制脉冲宽度,从而控制接输入地的主功率晶体管的通断。

  由于输出地和输入地间有直流隔离,且其直流电压等级可能相差数十甚至数百伏,所以脚M脉冲不能通过直流耦合直接驱动晶体管。这样,如果误差放大器和脉宽调制器都接输跏地(PwM芯片中的普遍接法),则PwM脉冲必须通过脉冲变压器来克服输出地和输入地隔离的障碍。

  辅助电源的功能就是产生以输出地为参考、大小为10~15v、功率为1~3w的输出电压:而其输入功率来自连接输入地的电源。这类辅助模块电源常用在刑嘞芯片接输入地的场合。虽然芯片所需能量在主功率晶体管开始工作后可以取自主变压器的一个辅助绕组,但如果驱动关闭(由于过压或过流等原因),能量输送就会中断,无法再为远程显示仪供电。同时,由于来自辅助绕组的电压消失,刖嘞芯片上的电压降低,会使脉宽过大,导致电路不能正常工作。

  通常来说,由辅助电源为PWM芯片供电比由主功率变压器的辅助绕组供电(自举法)浸加可靠。

  另一个方法是用光耦跨越输入地和输出地隔离的障碍,将输出电压检测信号送回输入端闲于调制脉宽,控制功率晶体管的通断。但如果不适合由主功率变压器的辅助绕组自举供电,仍然需要与输入共地的辅助电源模块。