電源ヒートシンクの設計方法

パワーモジュールには、対流、伝導、放射の3つの放熱方法があります。 実際のアプリケーションでは、それらのほとんどが主な熱放散方法として対流を使用します。 設計が適切である場合、伝導と放射の2つの熱放散方法と組み合わせて、効果が最大化されます。 ただし、設計が不適切な場合、悪影響を及ぼします。 したがって、パワーモジュールを設計する場合、放熱システムの設計は重要なリンクになります。

1.対流熱放散法対流熱放散とは、熱放散効果を達成するために流体媒体の空気を介して熱を伝達することを指します。 これが私たちの一般的な放熱方法です。 対流法は、一般的に強制対流と自然対流の2種類に分けられます。 強制対流とは、加熱対象物の表面から流れる空気への熱の移動を指し、自然対流とは、加熱対象物の表面から周囲の空気への低温での熱の移動を指します。 自然対流を使用する利点は、実装が簡単で、コストが低く、外部冷却ファンが不要で、信頼性が高いことです。 強制対流が通常の使用で基板温度に達するには、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。 水平ラジエーターの熱放散効果が低い場合は、ラジエーターの面積を適切に増やすか、水平に設置したときに対流を強制して熱を放散させる必要があります。

2.伝導熱放散方式パワーモジュールを使用する場合、基板の温度が熱の温度と等しくなるように、基板の熱は熱伝導要素を介して遠方の熱放散面に伝導する必要があります。散逸面、熱伝導要素の温度上昇、および2つの接触面の温度上昇。 和。 このようにして、熱エネルギーを効果的な空間で揮発させて、コンポーネントが正常に機能できるように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を考慮しない場合は、熱抵抗が最も小さいラジエーター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ため、平均故障間隔が大幅に改善され、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、ラジエーターを選択するときは、その製造材料に焦点を当てる必要があります。 実際のアプリケーションでは、モジュールによって生成された熱は、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素子の接触面には温度差があり、この温度差を抑える必要があります。 基板の温度は、接触面の温度上昇と熱伝導素子の温度の合計である必要があります。 制御されていない場合、接触面の温度上昇は特に顕著になります。 したがって、接触面の面積はできるだけ大きくし、接触面の滑らかさは5ミル以内、つまり0.005インチ以内にする必要があります。 表面の凹凸をなくすために、接触面には熱伝導性接着剤またはサーマルパッドを充填する必要があります。 適切な対策を講じた後、接触面の熱抵抗を0.1°C / W未満に下げることができます。 熱放散と熱抵抗または消費電力を減らすことによってのみ、温度上昇を減らすことができます。 電源装置の最大出力電力は、アプリケーション環境の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、熱抵抗、および最大電源ケース温度が含まれます。 高効率で放熱性に優れた電源装置は、温度上昇が少なく、使用可能な温度は定格出力に余裕があります。 効率が低い、または放熱が不十分な電源装置は、空冷が必要であるか、使用のためにディレーティングする必要があるため、温度上昇が高くなります。

3.輻射熱放散法輻射熱放散は、温度の異なる2つのインターフェースが向かい合ったときの連続的な輻射熱伝達です。 単一の物体の温度に対する放射の影響は、さまざまなコンポーネントの温度差、コンポーネントの外側、コンポーネントの位置、コンポーネント間の距離など、多くの要因に依存します。 実際のアプリケーションでは、これらの要因を定量化することは困難であり、周囲の環境&＃39;自身の放射エネルギー交換の影響と相まって、温度に対する放射の厄介な影響を正確に計算することは困難です。 実際のアプリケーションでは、この方法では一般に全熱の10％以下しか放散できないため、電源で輻射熱放散を単独で使用することは不可能です。 これは通常、主な熱放散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。 電源の動作状態では、その温度は一般に外部環境の温度よりも高く、放射伝達は全体的な熱放散に役立ちます。 ただし、特殊な状況下では、高電力抵抗器やデバイスボードなど、電源の近くの熱源により、これらの物体の放射によって電源モジュールの温度が上昇します。