パワーラジエーターの設計方法

電源モジュールには、次の 3 つの熱放散方法があります。対流、伝導、放射線。

実際の用途では、ほとんどの場合、熱放散法として対流を使用します。この設計が適切であれば、伝導と放射線の2つの放熱方法と相まって、効果が最大になります。しかし、設計が不適切な場合は、悪影響を及ぼす可能性があります。そのため、パワーモジュールを設計する際には、放熱システムの設計が重要なリンクとなっています。

1. 対流放熱法

対流放熱は、熱放散効果を達成するために流体媒体空気を通して熱を伝達することをいう。これは、私たちの一般的な放熱方法です。

対流法は、一般に強制対流と自然対流の2つのタイプに分けられます。強制対流は、加熱対象物の表面から流れる空気への熱の伝達を指し、自然対流は、加熱物体の表面から周囲の空気への熱の移動を、より低い温度で指します。

自然対流を使用する利点は、簡単な実装、低コスト、外部冷却ファンの必要性、高信頼性です。通常使用のために強制的な対流が基板温度に到達するためには、より大きなヒートシンクが必要であり、スペースを占有します。自然対流ラジエーターの設計に注意してください。水平ラジエーターが熱放散効果が悪い場合、ラジエーターの面積は、水平に設置した場合に熱を放散するために適切に増加または強制対流する必要があります。

2. 導電熱放散法

パワーモジュールが使用されている場合、基板上の熱は熱伝導素子を通して遠い放熱面に伝導し、基板の温度が放熱面の温度、熱伝導素子の温度上昇、および2つの接触面の温度上昇と等しくなるようにする必要があります。和。このようにして、熱エネルギーを有効な空間で揮発させ、コンポーネントが正常に動作することを保証することができます。熱要素の熱抵抗は長さに正比例し、断面積と熱伝導率に反比例します。設置スペースとコストが考慮されない場合は、熱抵抗が最小のラジエータを使用する必要があります。電源の基板温度が少し下がるので、故障の平均時間が大幅に改善され、電源の安定性が向上し、耐用年数が長くなります。温度は電源の性能に影響を与える重要な要素であるため、ラジエータを選択する際は、その製造材料に焦点を当てる必要があります。実際の用途では、モジュールによって発生する熱は、基板からヒートシンクまたは熱伝導要素に伝導されます。ただし、パワー基板と熱伝導要素の接触面には温度差があり、この温度差を制御する必要があります。基板の温度は、接触面の温度上昇と熱伝導要素の温度の合計である必要があります。制御されない場合、接触面の温度上昇は特に重要になります。

したがって、接触面の面積はできるだけ大きく、接触面の滑らかさは5ミル以内、つまり0.005インチ以内でなければなりません。表面の不均一性を排除するために、接触面は熱伝導性の接着剤または熱パッドで満たされるべきです。適切な対策を講じた後、接触面の熱抵抗を0.1°C/W以下に抑えることができます。放熱と熱抵抗または消費電力を低減することによってのみ、温度上昇を低減することができます。電源装置の最大出力電力は、アプリケーション環境温度に関連しています。影響を与えるパラメータには、一般に、電力損失、耐熱抵抗、最大電源ケース温度が含まれます。高効率とより良い放熱性を備えた電源は、温度上昇が低くなり、使用できる温度は定格出力でマージンを得られます。効率の低い電源や放熱性の悪い電源は、空冷を必要とするか、使用するためにデレートする必要があるため、温度上昇が高くなります。

3. 放射放熱方法

放射放熱は、温度の異なる2つのインターフェースが互いに向かい合う場合の熱の連続放射伝達です。放射が単一の物体の温度に及ぼす影響は、さまざまな成分の温度差、成分の外側、成分の位置、それらの間の距離など、多くの要因に依存します。実際の応用では、これらの要因は定量化が困難であり、周囲の環境自身の放射エネルギー交換の影響と相まって、輻射が温度に及ぼす乱雑な影響を正確に計算することは困難である。実際の応用では、この方法は一般に全熱の10%以下しか放散できないため、電源で放熱を単独で使用することは不可能である。これは、通常、主な放熱方法の補助手段として使用され、一般的に熱設計では考慮されません。温度への影響。電源装置の作動状態では、その温度は一般に外部環境の温度よりも高く、放射線移動は全体的な放熱に役立ちます。しかし、特殊な状況下では、高出力抵抗器やデバイスボードなどの電源の近くにある熱源により、これらの物体の放射が原因で電源モジュールの温度が上昇します。