パワーモジュールの放熱に対する3つの有効な方法

電力モジュールのエネルギー伝送には、高温領域から低温領域への電力エネルギー伝送の基本的な方法として、放射、透過、対流の3つがあります。

放射：

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移動。

感染：

固体媒体を通して発熱の伝達。

対流：

流体媒体(ガス)を通る熱の伝達。

さまざまな特定の用途において、3つの熱伝達方法すべてにおいて、異なるレベルの効果がしばしばあります。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、実際の効果が良くなります。しかし、状況によっては、これら2つの方法は逆効果効果をも持つ可能性があります。そのため、高品質の放熱システムを設計する場合、3つの熱伝達方法すべてを慎重に検討する。

電源モジュール

1、放射線源、放熱

異なる温度を持つ2つのインターフェースが互いに向き合うと、熱の連続的な放射伝達を引き起こす。

放射が特定のブロックの温度に与える最終的な影響は、様々な成分の温度差、関連するコンポーネントの向き、構成部品の表面の平滑性、相互間隔など、多くの要因によって決定されます。

この要素を定量的に分析する方法はなく、周囲の環境自体の放射運動エネルギー交換の影響を加えた影響を加えて、輻射の温度へ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。

スイッチングパワーコンバータ制御モジュールの特定の用途では、コンバータの冷却方法として放射放熱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% 以下しか放散しなくなります。そのため、放射熱は、一般に、主要な放熱法に加えて補助的な方法としてのみ使用され、一般に熱設計計画では考慮されない。電源モジュールの温度の影響。特定の用途では、一般的なコンバータ制御モジュールの温度は、自然な周囲温度よりも高いです。したがって、放射運動エネルギー伝達は放熱に資する。しかし、一部の条件下では、制御モジュール周辺の一部の熱源(電子デバイスボード、高出力抵抗器など)の温度がパワーモジュールの温度よりも高く、これらの物体の放射熱が制御モジュールの温度を上昇させます。

放熱計画では、コンバータ制御モジュールの周辺部品の相対位置は、熱放射が引き起こす影響に応じて科学的に配置されるべきである。熱い成分がコンバータ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、断熱板の薄いフィンを制御モジュールとホットコンポーネントの間に挿入する必要があります。

2、伝播放熱

多くの用途において、パワーモジュール基板上で発生する熱は、伝熱部品を介して長い放熱面に転送されなければなりません。そうすれば、パワーモジュール基板の温度は、放熱面の温度、熱伝達成分の温度、および両方の表面の温度の合計と同じになります。

伝熱成分の熱抵抗は、2つの間の長さLに比例し、両者間の断面積と熱伝達率に反比例する。適切な原材料と断面領域を使用することで、伝熱部品の熱抵抗を効果的に低減することもできます。設置スペースとコストが許容される場合は、熱抵抗が最も少な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、故障間の平均時間(MTBF)が大幅に増加することを念頭に置く必要があります。

ヒートシンクの製造原料は効率に影響を与える重要な要素であるため、選択時には多くの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発生する熱は、基板からヒートシンクまたは熱伝達コンポーネントに転送されます。ただし、パワーモジュール基板と熱伝達部品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で直列に接続される。基板の温度は、表面温度と熱伝達成分でなければなりません。温度の合計。制御されない場合、表面の温度上昇は非常に明白になります。総表面積はできるだけ大きく、サーフェスの滑らかさは 5 ミル(0.005 フィート)以内にする必要があります。表面のすらまみを取り除くために、熱伝導性の接着剤や熱伝達パッドで表面を埋めることができます。) 適切な対策を講じた後、表面熱抵抗を0.1°C/W以下に低減することができます。熱放熱性(RTH)を低減するか、消費電力(Ploss)を低減することによってのみ、温度を下げることができ、TAmaxを増加させることができます。

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係しています。出力電力損失の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に影響を与える主なパラメータ。高効率で最高の放熱性を備え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、その使用温度は限界になります。効率の低い、または弱い放熱を伴うスイッチング電源の温度は高くなります。それらは空気冷却またはデレートされた適用である必要があります。

3、対流放熱

対流放熱は、Aipu電力変換器に最も一般的に使用される放熱方法です。対流は、一般に自然対流と強制対流に分けられます。熱ブロックの表面から周囲の静電気ガスへの熱の伝達は、自然対流と呼ばれます。熱いブロックの表面から流体ガスへの熱の伝達は強制対流と呼ばれます。   　　自然対流の利点は、実装が非常に容易で、電気ファンを必要とせず、コストが低く、放熱性が高い点です。しかし、強制対流とは対照的に、同じ基板温度を達成するためには、大きなヒートシンクが必要である。

自然対流ラジエーター設計も次の点に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指定されます。水平ヒートシンクの実際の放熱効果が弱い。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加させ、強制対流放熱を使用することもできます。