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【功率器件心得分享】大功率电源结构以及散热的问题

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stcpter|  楼主 | 2016-10-8 17:24 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
      大功率电源的研发和新产品设计工作,对于很多刚刚开始接触产品研发的大学毕业生来说,是一个不小的挑战。为了帮助新人工程师更全面的了解大功率开关电源的基础结构,本文将会就其结构框图和电路系统展开简要分析和介绍。
      在这里我们以最基础的大功率电源系统为例,在一个普通的大功率的开关电源系统中,按照各部分的功能划分,开关电源可分成机箱(或机壳)、电源主电路和电源控制电路三大部分。首先我们来看第一部分的作用。机箱是整个开关电源的主体部分,既可起到固定的作用,也可起到屏蔽的作用。电源的主电路是负责进行功率转换的部分,通过适当的控制电路可以将市电转换为所需的直流输出电压。而控制电路则根据实际的需要产生主电路所需的控制脉冲和提供各种保护功能。
      无论是在何种结构的开关电源,其主电路都是通过输入整流滤波、DC-DC变换、输出整流滤波将市电转为所需要的直流电压。开关电源的主回路可以分为:输入整流滤波回路、功率开关桥、输出整流滤波三部分。在这三个部分中,输入整流滤波回路的主要工作是将交流电通过整流模块变换成含有脉动成分的直流电,然后通过输入滤波电容使得脉动直流电变为较平滑的直流电。而功率开关桥的主要任务则是将滤波得到的直流电变换为高频的方波电压,通过高频变压器传送到输出侧。最后,由输出整流滤波回路将高频方波电压滤波成为所需要的直流电压或电流,主回路进行正常的功率变换所需的触发脉冲由控制电路提供。       大功率电源的控制电路是整个电源系统的大脑,它控制整个装置工作并实现相应的保护功能。一般控制电路应具有以下功能:控制脉冲产生电路、驱动电路、电压反馈控制电路、各种保护电路、辅助电源电路。为了使开关电源设备正常的工作,使电源的各个组成部分都能发挥其最大的效能,就必须让电源的各个组成部分相互协调、相互协作、在电源的研制与设计过程中应对这方面的问题给予足够的重视。


       大功率的模块电源通常的工作运行过程中,容易出现模块温度过高发热的情况,因此在研发过程中能否对散热性能提供有效保障就成为了摆在研发部门面前的重要问题之一,选用合适的散热器也就成为了研发过程中的重中之重。那么,大功率的电源模块散热性能为什么会出现较大的差异?散热器的选择对于散热效果都有哪些影响呢?本文将会就这一问题展开简要分析,一起来看看这些差异是由哪些问题造成的吧。
              首先,散热器翅片长度会造成散热性能的差异问题。在研发过程中,适当增加散热器的翅片长度适可以有效减小电源模块的器件结温,但是过分增加翅片长度并不能确保热量传导至散热器翅片的末端,反而使散热器重量增加太多。一般认为,散热器的翅片程度和基座宽度比例接近1时,传热效果较好。
              再者,散热器翅片厚度的选择也同样会影响模块的散热性能。在正常运行的情况下,由于导热主要是沿着电源模块的散热器翅片纵向方向传递,因而翅片的厚度对于散热器热性能没有太大的影响,翅片厚度的增加并没有使热源结温降低很多,反而增加了散热器的重量。为了保证散热器翅片的硬度且易于加工,翅片硬度不能太薄,工程上一般会将散热器翅片的厚度规定在≥1mm左右。
              除了上面提到的两点之外,散热器翅片个数也同样会影响到模块电源的散热性能。在模块正常工作的前提下,随着翅片数目的增多,热源结温会有所降低。但是超过某一数值之后,随着翅片的增多,器件结温不但没有明显变化反而散热器的重量会明显增加。同时,翅片数目增加有时还要考虑器件安装的问题,有的器件安装在散热器两翅片之间,如果翅片数太多,器件是不容易安装在散热器上的,因而工程师千万不能盲目增加翅片的数目。大功率的模块电源由于长时间处于高功率运行状态中,因此对于模块散热的要求要比普通的电源模块更高。在设计中,工程师常常会选择增加散热器或改进封装形式等方式,提升电源模块的散热性能,而增装风机也同样是一种比较有效散热的方式。



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