電源適配器熱設(shè)計規(guī)則

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電源適配器熱設(shè)計規(guī)則

除了電應(yīng)力之外,溫度是影響設(shè)備可靠性最重要的因素電源設(shè)備內(nèi)部的溫升將導(dǎo)致元器件的失效,當(dāng)溫度超過一定值時,失效率將呈指數(shù)規(guī)律增加,。根據(jù)其中一個設(shè)計規(guī)則，當(dāng)組件在65℃以上的環(huán)境下工作時，溫度每上升10℃，故障率便增加一倍。這個常用的規(guī)則是基于以下的假定：用作比較的產(chǎn)品是用類似的設(shè)計和制造原理制作的，組件在相近的條件下工作（例如，在指定的外圍環(huán)境下，芯片的溫度也相同）。實(shí)際上，不同的設(shè)計條件會對電源適配器的整體性能及可靠性造成影響。
根據(jù)另一個設(shè)計規(guī)則，如果電源適配器是在其額定最高結(jié)溫（Tjmax）的70％～80％下工作，那么將享有很高的可靠性。對電源適配器內(nèi)的功率器件來說，Tjmax通常保證為＋150℃或＋175℃，那么電源適配器中的功率器件結(jié)溫應(yīng)該分別維持在低于＋120℃或＋135℃的水平。按照這個設(shè)計規(guī)則，保持電源適配器中的功率器件結(jié)溫處于較低水平，將可大大地提高整個系統(tǒng)的可靠性。
電源適配器制造商通過內(nèi)部測試為電源適配器制定了熱指針或降額曲線，這些測試通常是用風(fēng)洞系統(tǒng)協(xié)助進(jìn)行的，以確定在不同對流條件下電源適配器的熱性能。因?yàn)殡娫催m配器制造商都是按照自己的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試的，所以這些標(biāo)準(zhǔn)往往受到現(xiàn)有的測試設(shè)備、測試費(fèi)用及許多其他因素的影響。這些影響意味著電源適配器的降額曲線會造成誤導(dǎo)，所以設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)考慮到這些內(nèi)部測試的結(jié)果對設(shè)計帶來的影響。
1）發(fā)熱圖像
在特殊應(yīng)用的系統(tǒng)中要對模塊的測試進(jìn)行個別比較確定熱性能的另一個方法就是利用發(fā)熱圖像。確定熱性能的另一個方法，就是利用發(fā)熱圖像，即使用紅外攝影機(jī)來測量溫度。這對確定正確溫度非常有效，但是，設(shè)計人員必須要深入研究有關(guān)電源適配器的氣流方向、氣流類型、穩(wěn)定時間長短等。比較熱數(shù)據(jù)的最佳方法，是將不同的電源適配器并排起來進(jìn)行紅外掃描（包括不同方向和測試板）。
在比較電源適配器的可靠性指標(biāo)時，首先要明確這些指標(biāo)是在什么假定和情況下得到的?？煽啃耘c熱性能及工作溫度的關(guān)系十分密切，工作溫度每上升10℃，故障率就增大一倍。在典型的應(yīng)用中，MTBF的計算是非常有意義的，但由于受到系統(tǒng)內(nèi)其他組件產(chǎn)生熱量的影響，電源適配器附近空氣的溫度一般在55℃左右。這就需要在設(shè)計中選用的電源適配器，必須能夠在溫度上升時提供最高效率、需要最少的散熱，在底板（基板）中溫度上升的幅度最少。
2）降額曲線
降額曲線能夠顯示在不同環(huán)境溫度下可拉電流或功率的大小，同時仍然保持功率模塊在其溫度規(guī)格范圍內(nèi)。風(fēng)洞有多種不同的形狀和尺寸，加上電源適配器可以放置在風(fēng)洞的不同位置，這些都會影響測試結(jié)果。例如，要考慮究竟是風(fēng)洞強(qiáng)迫空氣流過電源適配器，還是空氣自由流過電源適配器。若氣流系統(tǒng)龐大，則這時足以讓氣流在電源適配器的四周流動，這與漏斗式風(fēng)洞不同，漏斗式風(fēng)洞強(qiáng)迫空氣直接吹到電源適配器上面。由于大多數(shù)的應(yīng)用并不采用漏斗式或強(qiáng)迫式氣流，因此非漏斗式測試程序?qū)⒖傻玫阶罘€(wěn)健的結(jié)果。

氣流的測量也是很重要的，應(yīng)利用熱線風(fēng)速表直接測量電源適配器前的氣流，以保證流量的準(zhǔn)確度。氣流系統(tǒng)利用層流，是比較保守穩(wěn)健的方法，會獲得較佳的測試結(jié)果。降額曲線是在最壞的方向進(jìn)行的，確保在任何方向下，電源適配器工作都不受影響。
在測試過程中，溫度穩(wěn)定的時間越長，測量的結(jié)果越準(zhǔn)確。基于這個方法，雖然實(shí)際測試的時間會長一些，但測量結(jié)果足以保證溫度的穩(wěn)定性，而準(zhǔn)確性是預(yù)備熱降額曲線最重要的一環(huán)。在特殊應(yīng)用中要對電源適配器的測試進(jìn)行個別比較。

可靠性與熱性能及工作溫度的關(guān)系十分密切。實(shí)際上，不同的設(shè)計條件會對功率模塊的整體性能及可靠性造成影響。

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| 發(fā)布時間：2019.08.13 來源：電源適配器廠家

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