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电源适配器热设计规则

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电源适配器热设计规则

除了电应力之外,温度是影响设备可靠性最重要的因素电源设备内部的温升将导致元器件的失效,当温度超过一定值时,失效率将呈指数规律增加,。根据其中一个设计规则,当组件在65℃以上的环境下工作时,温度每上升10℃,故障率便增加一倍。这个常用的规则是基于以下的假定:用作比较的产品是用类似的设计和制造原理制作的,组件在相近的条件下工作(例如,在指定的外围环境下,芯片的温度也相同)。实际上,不同的设计条件会对电源适配器的整体性能及可靠性造成影响。
根据另一个设计规则,如果电源适配器是在其额定最高结温(Tjmax)的70%~80%下工作,那么将享有很高的可靠性。对电源适配器内的功率器件来说,Tjmax通常保证为+150℃或+175℃,那么电源适配器中的功率器件结温应该分别维持在低于+120℃或+135℃的水平。按照这个设计规则,保持电源适配器中的功率器件结温处于较低水平,将可大大地提高整个系统的可靠性。
电源适配器制造商通过内部测试为电源适配器制定了热指针或降额曲线,这些测试通常是用风洞系统协助进行的,以确定在不同对流条件下电源适配器的热性能。因为电源适配器制造商都是按照自己的内部标准进行测试的,所以这些标准往往受到现有的测试设备、测试费用及许多其他因素的影响。这些影响意味着电源适配器的降额曲线会造成误导,所以设计人员应当考虑到这些内部测试的结果对设计带来的影响。
1)发热图像
在特殊应用的系统中要对模块的测试进行个别比较确定热性能的另一个方法就是利用发热图像。确定热性能的另一个方法,就是利用发热图像,即使用红外摄影机来测量温度。这对确定正确温度非常有效,但是,设计人员必须要深入研究有关电源适配器的气流方向、气流类型、稳定时间长短等。比较热数据的最佳方法,是将不同的电源适配器并排起来进行红外扫描(包括不同方向和测试板)。
在比较电源适配器的可靠性指标时,首先要明确这些指标是在什么假定和情况下得到的。可靠性与热性能及工作温度的关系十分密切,工作温度每上升10℃,故障率就增大一倍。在典型的应用中,MTBF的计算是非常有意义的,但由于受到系统内其他组件产生热量的影响,电源适配器附近空气的温度一般在55℃左右。这就需要在设计中选用的电源适配器,必须能够在温度上升时提供最高效率、需要最少的散热,在底板(基板)中温度上升的幅度最少。
2)降额曲线
降额曲线能够显示在不同环境温度下可拉电流或功率的大小,同时仍然保持功率模块在其温度规格范围内。风洞有多种不同的形状和尺寸,加上电源适配器可以放置在风洞的不同位置,这些都会影响测试结果。例如,要考虑究竟是风洞强迫空气流过电源适配器,还是空气自由流过电源适配器。若气流系统庞大,则这时足以让气流在电源适配器的四周流动,这与漏斗式风洞不同,漏斗式风洞强迫空气直接吹到电源适配器上面。由于大多数的应用并不采用漏斗式或强迫式气流,因此非漏斗式测试程序将可得到最稳健的结果。

气流的测量也是很重要的,应利用热线风速表直接测量电源适配器前的气流,以保证流量的准确度。气流系统利用层流,是比较保守稳健的方法,会获得较佳的测试结果。降额曲线是在最坏的方向进行的,确保在任何方向下,电源适配器工作都不受影响。
在测试过程中,温度稳定的时间越长,测量的结果越准确。基于这个方法,虽然实际测试的时间会长一些,但测量结果足以保证温度的稳定性,而准确性是预备热降额曲线最重要的一环。在特殊应用中要对电源适配器的测试进行个别比较。
可靠性与热性能及工作温度的关系十分密切。实际上,不同的设计条件会对功率模块的整体性能及可靠性造成影响。

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| 发布时间:2019.08.13    来源:电源适配器厂家
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