パワーモジュールの放熱のための3つの効果的な方法

高温領域から低温領域へのパワーモジュールのエネルギー伝達には、放射、透過、対流の3つの基本的な方法があります。

輻射：異なる温度の2つのブロック間で発生する熱の電磁誘導伝達。

伝達：固体媒体を介した発熱の伝達。

対流：流体媒体（気体）を介した熱の伝達。

さまざまな特定のアプリケーションでは、熱伝達の3つの方法すべてが異なるレベルの効果を持つことがよくあります。 ほとんどのアプリケーションでは、対流が最も重要な熱伝達方法です。 他の2つの放熱方法を追加すると、実際の効果が向上します。 ただし、状況によっては、これら2つの方法が逆効果になる場合もあります。 したがって、高品質の放熱システムを設計する際には、3つの熱伝達方法すべてを慎重に検討します。

パワーモジュール

1、放射源、熱放散

温度の異なる2つのインターフェースが向かい合うと、熱の連続的な輻射伝達が発生します。

特定のブロックの温度に対する放射の最終的な影響は、さまざまなコンポーネントの温度差、関連するコンポーネントの向き、コンポーネントの表面の滑らかさ、およびそれらの相互間隔など、多くの要因によって決定されます。方法がないためこの要素に加えて、周囲の環境の影響&＃39;自身の放射運動エネルギー交換を定量的に分析するには、温度に対する放射の害を測定することは非常に複雑であり、正確に計算することは困難です。

スイッチング電力変換器制御モジュールの特定のアプリケーションでは、変換器の冷却方法として放射熱放散のみに依存することはほとんどありません。 ほとんどの場合、放射源は総発熱量の10％以下しか放散しません。 したがって、輻射熱は、一般的に主要な放熱方法に加えて補助的な方法としてのみ使用され、熱設計計画では一般的に考慮されていません。 電源モジュールの温度の影響。 特定のアプリケーションでは、一般的なコンバータ制御モジュールの温度が自然の周囲温度よりも高くなります。 したがって、放射運動エネルギー伝達は熱放散を助長します。 ただし、条件によっては、制御モジュール周辺の熱源（電子機器基板、高出力抵抗器など）の温度が電源モジュールの温度よりも高くなるため、これらの物体の輻射熱により温度が上昇します。制御モジュールの。

放熱設計計画では、熱放射が引き起こす影響に応じて、コンバータ制御モジュールの周辺コンポーネントの相対位置を科学的に配置する必要があります。 高温部品がコンバーター制御モジュールに近い場合、放射源の加熱効果を弱めるために、断熱ボードの薄いフィンを制御モジュールと高温部品の間に挿入する必要があります。

2、透過熱放散

多くのアプリケーションでは、パワーモジュール基板で発生した熱は、熱伝達コンポーネントを介して長い放熱面に伝達される必要があります。 このように、パワーモジュール基板の温度は、放熱面の温度、伝熱コンポーネントの温度、および両方の面の温度の合計に等しくなります。 熱伝達コンポーネントの熱抵抗は、2つの間の長さLに比例し、2つの間の断面積と熱伝達率に反比例します。 適切な原材料と断面積を使用することで、伝熱部品の熱抵抗を効果的に減らすこともできます。 設置スペースとコストが許す場合は、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。 パワーモジュールの基板温度がわずかに低下すると、平均故障間隔（MTBF）が大幅に増加することに注意してください。

ヒートシンクを製造するための原材料は効率に影響を与える重要な要素であるため、選択する際には多くの側面に注意を払う必要があります。 ほとんどのアプリケーションでは、パワー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達コンポーネントに伝達されます。 ただし、パワーモジュール基板と熱伝達コンポーネントの間の表面には温度差があります。 このタイプの温度差は制御する必要があります。 熱抵抗は、放熱制御ループに直列に接続されています。 基板の温度は、表面温度と熱伝達コンポーネントである必要があります。 温度の合計。 それが制御されていない場合、表面の温度上昇は非常に明白になります。 総表面積は可能な限り大きくする必要があり、表面の滑らかさは5ミル（0.005フィート）以内である必要があります。 表面の凹凸をよりよく取り除くために、熱伝導性接着剤または熱伝達パッドで表面を埋めることができます。 ）適切な対策を講じれば、表面熱抵抗を0.1℃/ W以下に下げることができます。 熱放散熱抵抗（RTH）を減らすか、消費電力（Ploss）を減らすことによってのみ、温度を下げ、TAmaxを上げることができます。 スイッチング電源の最大電力は、アプリケーションシーンの温度に関連しています。 出力電力損失に影響を与える主なパラメータPloss、熱抵抗RTH、および最高のスイッチング電源ケース温度TC。 高効率で放熱性に優れたスイッチング電源は、温度が低くなります。 公称出力電力が出力されるとき、それらの使用可能な温度はわずかになります。 効率が低い、または放熱が弱いスイッチング電源の温度は高くなります。 それらは空冷またはディレーティングされたアプリケーションでなければなりません。

3、対流熱放散

対流熱放散は、Aipu電力変換器で最も一般的に使用される熱放散方法です。 対流は一般に自然対流と強制対流に分けられます。 ホットブロックの表面から周囲の静的ガスへの低温での熱の移動は、自然対流と呼ばれます。 ホットブロックの表面から流体ガスへの熱の移動は、強制対流と呼ばれます。

自然対流の利点は、実装が非常に簡単で、扇風機を必要とせず、コストが低く、放熱の信頼性が高いことです。 ただし、強制対流とは対照的に、同じ基板温度を達成するには、大きなヒートシンクが必要です。

自然対流ラジエーターの設計では、次の点にも注意する必要があります。

一般に、ヒートシンクには垂直ヒートシンクの主なパラメータのみが示されています。 水平ヒートシンクの実際の放熱効果は弱いです。 水平設置が必要な場合は、ラジエーターの面積を適切に増やす必要があり、強制対流熱放散も使用できます。