電源模塊的熱設(shè)計及其輔助電源的接地問題
出處:china_fog 發(fā)布于:2013-02-17 17:28:45
在這個電子設(shè)備發(fā)展高速的年代,如果優(yōu)化電子產(chǎn)品至關(guān)重要。而如何保證電子設(shè)備的長時間可靠運行,一直困擾著工程師們。簡化散熱處理是愛浦電子電源變換器模塊電源的重要特點之一。造成電子設(shè)備故障的原因雖然很多,但是高溫是其中重要的因素,溫度對電子設(shè)備的影響高達(dá)60%.由于變換器的效率很高,產(chǎn)生的熱量很小,并采用超薄形封裝,提供了方便安裝和電隔離的散熱介面。采取適當(dāng)?shù)纳岽胧梢愿纳谱儞Q器的工作條件,提高系統(tǒng)的平均無故障時間(MTBF),縮小變換器模塊的體積,并且還能降低成本、延長使用壽命。下面介紹AIPU電子電源變換器模塊有效的散熱方法。
電源模塊產(chǎn)生熱量的原因
模塊電源并非全部輸入能量都可變換成輸出能量,一部分輸入電能將在變換器中變成熱能損耗掉。電源模塊的輸出功率與輸入功率之比稱為電源模塊的效率。效率是電源模塊基本的品質(zhì)因數(shù),它能夠用來表示變換器輸出功率與功耗的直接關(guān)系。估算冷卻要求時,首先應(yīng)根據(jù)變換器效率計算出在差情況下的功耗和預(yù)期的負(fù)載功率。愛浦電源模塊是目前效率的變換器之一,新型模塊的滿載時效率可達(dá)到90%以上。
電源模塊熱設(shè)計的一些基本原則
1、從有利于散熱的角度出發(fā),印制版是直立安裝,板與板之間的距離一般不應(yīng)小于20mm
2、在水平方向上,大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置,以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,大功率器件盡量靠近印制板上方布置,以便減少這些器件工作時對其它器件溫度的影響。
3、同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列,發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的上流(入口處),發(fā)熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等)放在冷卻氣流下游。
4、對溫度比較敏感的器件安置在溫度的區(qū)域(如設(shè)備的底部),千萬不要將它放在發(fā)熱器件的正上方,多個器件是在水平面上交錯布局。
5、設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動,所以在設(shè)計時要研究空氣流動路徑,合理配置器件或印制電路板。空氣流動時總是趨向于阻力小的地方流動,所以在印制電路板上配置器件時,要避免在某個區(qū)域留有較大的空域。整機中多塊印制電路板的配置也應(yīng)注意同樣的問題。
在設(shè)計電路時,首先要決定為PWM芯片供電的輔助電源模塊是接輸出地還是接輸入地。在大多數(shù)場合中,輸入地和輸出地之間都有直流隔離。帶負(fù)載的輸出端接輸出地。主開關(guān)功率晶體管接輸入地,即網(wǎng)壓供電變換器中整流所得的直流母線的其中一端(在以蓄電池供電的 DC/DC變換器中則為蓄電池的一個輸出端)。
在調(diào)節(jié)輸出電壓時,必須用連接輸出地的直流誤差放大器來檢測輸出電壓,將其與參考電壓比較并放大得到誤差電壓。該誤差電壓是參考電壓與輸出電壓的一部分的差值,用于控制脈沖寬度,從而控制接輸入地的主功率晶體管的通斷。圖2.1所示電路是一個典型的例子。
由于輸出地和輸入地間有直流隔離,且其直流電壓等級可能相差數(shù)十甚至數(shù)百伏,所以腳M脈沖不能通過直流耦合直接驅(qū)動晶體管。這樣,如果誤差放大器和脈寬調(diào)制器都接輸跏地(PwM芯片中的普遍接法),則PwM脈沖必須通過脈沖變壓器來克服輸出地和輸入地隔離的障礙。
輔助電源的功能就是產(chǎn)生以輸出地為參考、大小為10~15v、功率為1~3w的輸出電壓:而其輸入功率來自連接輸入地的電源。這類輔助模塊電源常用在刑嘞芯片接輸入地的場合。雖然芯片所需能量在主功率晶體管開始工作后可以取自主變壓器的一個輔助繞組,但如果驅(qū)動關(guān)閉(由于過壓或過流等原因),能量輸送就會中斷,無法再為遠(yuǎn)程顯示儀供電。同時,由于來自輔助繞組的電壓消失,刖嘞芯片上的電壓降低,會使脈寬過大,導(dǎo)致電路不能正常工作。
通常來說,由輔助電源為PWM芯片供電比由主功率變壓器的輔助繞組供電(自舉法)浸加可靠。
另一個方法是用光耦跨越輸入地和輸出地隔離的障礙,將輸出電壓檢測信號送回輸入端閑于調(diào)制脈寬,控制功率晶體管的通斷。但如果不適合由主功率變壓器的輔助繞組自舉供電,仍然需要與輸入共地的輔助電源模塊。
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