【仪器仪表商情网 前沿技术】一摸电源模块的表面，热乎乎的，模块坏了？！且慢，有一点发热，仅仅只是因为它正努力地工作着。但高温对电源模块的可靠性影响极其大！我们须致力于做好热设计，减小电源表面和内部器件的温升。这一次， 我们扒一扒电源模块的热设计。
高温对功率密度高的电源模块的可靠性影响极其大。高温会导致电解电容的寿命降低，变压器漆包线的绝缘特性降低，晶体管损坏，材料热老化，焊点脱落等现象。有统计资料表明，电子元件温度每升高2℃，可靠性下降10%。
对于电源模块的热设计，它包括两个层面：降低损耗和改善散热条件。
一、元器件的损耗
损耗是产生热量的直接原因，降低损耗是降低发热的根本。市面上有些厂家把发热元件包在模块内部，使得热量散不出去，这种方法有点自欺欺人。降低内部发热元件的损耗和温升才是硬道理。
电源模块热设计的关键器件一般有：MOS管、二极管、变压器、功率电感、限流电阻等。其损耗如下：
1、 MOS管的损耗：导通损耗、开关损耗（开通损耗和关断损耗）；
2、 整流二极管的损耗：正向导通损耗；
3、 变压器、功率电感：铁损和铜损；
4、 无源器件（电阻、电容等）：欧姆热损耗。
二、热设计
在设计的初期，方案选择、元器件选择、PCB设计等方面都要考虑到热设计。
1、方案的选择
方案会直接影响到整体损耗和整体温升的程度。
2、元器件的选择
元器件的选择不仅需要考虑电应力，还要考虑热应力，并留有一定降额余量。降额等级可以参考《国家军用标准——元器件降额准则GJB/Z35-93》，该标准对各类元器件的各等级降额余量作了规定。设计一个稳定可靠的电源，实在不能任性，必须好好照着各元件的性子，设计、降额、验证。图 1为一些元件降额曲线，随着表面温度增加，其额定功率会有所降低。
设计中，要评估的电阻一般有MOS管的限流检测电阻、MOS管的驱动电阻等。限流电阻一般使用1206或更大的封装，多个并联使用。驱动电阻的损耗也需要考虑，否则可能导致温升过高。
有时，电路参数和性能看似正常，但实际上隐藏很大的问题。如图 2所示，某电路基本性能没有问题，但在常温下，用红外热成像仪一测，不得了了，MOS管的驱动电阻表面温度居然达到95.2℃。长期工作或高温环境下，极易出现电阻烧坏、模块损坏的问题。可见，研发过程中使用热成像仪测试元器件的温度尤其重要，可及时发现并定位问题点。通过调整电路参数，降低电阻的欧姆热损耗，且将电阻封装由0603改成0805，大大降低了表面温度。
