電源模塊發(fā)熱問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重危害模塊的可靠性，使產(chǎn)品的失效率將呈指數(shù)規(guī)律增加，電源模塊發(fā)熱嚴(yán)重怎么辦？本文從模塊的熱設(shè)計(jì)角度出發(fā)，介紹各類(lèi)低溫升、高可靠性的電源設(shè)計(jì)及應(yīng)用解決方案。

高溫對(duì)功率密度高的電源模塊的可靠性影響極其大，高溫會(huì)導(dǎo)致電解電容的壽命降低、變壓器漆包線的絕緣特性降低、晶體管損壞、材料熱老化、低熔點(diǎn)焊縫開(kāi)裂、焊點(diǎn)脫落、器件之間的機(jī)械應(yīng)力增大等現(xiàn)象。有統(tǒng)計(jì)資料表明，電子元件溫度每升高2℃，可靠性下降10%。

一、關(guān)鍵器件的損耗

表 1是開(kāi)關(guān)電源關(guān)鍵器件的熱損耗根源，了解器件發(fā)熱原因，為散熱設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)，能快速定位設(shè)計(jì)方案。

表 1  主要元器件損耗根源

二、開(kāi)關(guān)電源熱設(shè)計(jì)

從上表了解關(guān)鍵發(fā)熱器件和發(fā)熱的原因后，可以從以下兩方面入手：

1、從電路結(jié)構(gòu)、器件上減少損耗。

如采用更優(yōu)的控制方式和技術(shù)、高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、移相控制技術(shù)、同步整流技術(shù)等，另外就是選用低功耗的器件，減少發(fā)熱器件的數(shù)目，加大加粗印制線的寬度，提高電源的效率。

a.方案選擇優(yōu)化熱設(shè)計(jì)

圖 1是同一個(gè)產(chǎn)品的熱效果圖，圖 1 中的A圖采用軟驅(qū)動(dòng)技術(shù)方案，圖 1 中的B圖采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)方案，輸入輸出條件一樣，工作30分鐘后測(cè)試兩個(gè)產(chǎn)品的關(guān)鍵器件溫度，如表 2所示, A圖關(guān)鍵器件MOS的溫度降幅是B圖的32%，關(guān)鍵器件溫度降低同時(shí)，提高了產(chǎn)品的可靠性，e所以采用高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)或者軟驅(qū)動(dòng)技術(shù)，能大幅度降低關(guān)鍵器件的表面溫度。

圖 1  采用不同驅(qū)動(dòng)方案后的熱效果圖

表 2  主要元器件損耗根源

b.器件選擇優(yōu)化熱設(shè)計(jì)

器件的選擇不僅需要考慮電應(yīng)力，還要考慮熱應(yīng)力，并留有一定降額余量。圖2為一些元件降額曲線，隨著表面溫度增加，其額定功率會(huì)有所降低。

圖2 降額曲線

元器件的封裝對(duì)器件的溫升有很大的影響。如由于工藝的差異，DFN封裝的MOS管比DPAK（TO252）封裝的MOS管更容易散熱。前者在同樣的損耗條件下，溫升會(huì)比較小。一般封裝越大的電 阻，其額定功率也會(huì)越大，在同樣的損耗的條件下，表面溫升會(huì)比較小。

有時(shí)電路參數(shù)和性能看似正常，但實(shí)際上隱藏很大的問(wèn)題。如圖3所示，某電路基本性能沒(méi)有問(wèn)題，但在常溫下，用紅外熱成像儀一測(cè)， MOS管的驅(qū)動(dòng)電阻表面溫度居然達(dá)到95.2℃。長(zhǎng)期工作或高溫環(huán)境下，極易出現(xiàn)電阻燒壞、模塊損壞的問(wèn)題。通過(guò)調(diào)整電路參數(shù)，降低電阻的歐姆熱損耗，且將電阻封裝由0603改成0805，大大降低了表面溫度。

圖3驅(qū)動(dòng)電阻表面溫度

c.PCB設(shè)計(jì)優(yōu)化熱設(shè)計(jì)