关于开关电源的设计概念（二）

时间：2021-06-30

2、开关电源热设计
过高的温升会导致开关电源内的温度敏感器件、电解电容器等等元件失效。当温度**过了某一值的时候，失效率会呈指数级增长。统计数据表明，当温度升高2℃的时候，电子元器件的可靠性降低了10%，而且电子元器件的寿命仅为25℃时的1/6。高频的开关电源具有大功率加热的装置，温度是影响它可靠性的重要因素之一。整个热设计包括了两个方面：如何去控制热源的供热能力；如何进行散热。开关电源温升控制在允许范围之内，保证了开关电源的可靠性。
1）开关电源的发热控制设计开关电源的主要加热元件拥有半导体开关管、功率二极管、高频变压器、滤波电感等等，不同器件的热值控制方式不同。功率晶体管是高频开关电源中热值高的器件之一。降低它的热输出，不仅仅可以提高功率晶体管的可靠性，而且还可以提高开关电源的可靠性，提高平均故障间隔的时间（MTBF）。
开关管的热量输出是由损耗所引起的。开关管的损耗是由开关过程损耗以及开关状态损耗两部分所组成的。为了减少开关电源开关管的通态损耗，可以采取低通态电阻开关管来降低开关的通态损耗，开关过程损耗是由栅电荷大小以及开关时间所引起的。为了减少开关过程的损耗，开关速度更快，恢复时间缩短，从而降低。
但是，设计出了更好的控制方式以及缓冲技术，比如说采用开关电源软交换技术，降低损耗就显得尤为重要，这将会大大降低损耗。为了降低开关电源功率二极管的热输出，目前还没有更好的控制技术来降低交流整流器以及缓冲二极管的损耗。选用了优质开关电源二极管可以降低损耗。采用高效同步整流技术，可以减少变压器二次侧的损耗。对于高频磁性材料所造成的损耗，应该尽量避免皮肤效应。针对皮肤效应的影响，可以采取多股细漆包线来进行解决。
2）开关电源的散热设计在MOS晶体管接通的时候存在一定的电压降，也就是器件会有一定的损耗，会引起芯片的温升，但是器件的发热条件和器件的耐热性以及散热条件有关。所以，这个装置的功耗具有一定的容差。根据热阻定律，这个值可以表示为：PD=TJ TC/RT，其中“TJ”为额定结温（TJ=150℃），“TC”为壳体温度，“RT”为结与壳体之间的稳态热阻，“TJ”表示装置的耐热性，“TC”和“RT”表示设备的散热条件，“PD”是设备的加热条件。它必须要在设备的耐热性以及开关电源散热条件之间取得平衡。

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