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電源適配器熱設計規則

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電源適配器熱設計規則

除了電應力之外,溫度是影響設備可靠性最重要的因素電源設備內部的溫升將導致元器件的失效,當溫度超過一定值時,失效率將呈指數規律增加,。根據其中一個設計規則，當組件在65℃以上的環境下工作時，溫度每上升10℃，故障率便增加一倍。這個常用的規則是基于以下的假定：用作比較的產品是用類似的設計和制造原理制作的，組件在相近的條件下工作（例如，在指定的外圍環境下，芯片的溫度也相同）。實際上，不同的設計條件會對電源適配器的整體性能及可靠性造成影響。
根據另一個設計規則，如果電源適配器是在其額定最高結溫（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溫應該分別維持在低于＋120℃或＋135℃的水平。按照這個設計規則，保持電源適配器中的功率器件結溫處于較低水平，將可大大地提高整個系統的可靠性。
電源適配器制造商通過內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洞系統協助進行的，以確定在不同對流條件下電源適配器的熱性能。因為電源適配器制造商都是按照自己的內部標準進行測試的，所以這些標準往往受到現有的測試設備、測試費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，所以設計人員應當考慮到這些內部測試的結果對設計帶來的影響。
1）發熱圖像
在特殊應用的系統中要對模塊的測試進行個別比較確定熱性能的另一個方法就是利用發熱圖像。確定熱性能的另一個方法，就是利用發熱圖像，即使用紅外攝影機來測量溫度。這對確定正確溫度非常有效，但是，設計人員必須要深入研究有關電源適配器的氣流方向、氣流類型、穩定時間長短等。比較熱數據的最佳方法，是將不同的電源適配器并排起來進行紅外掃描（包括不同方向和測試板）。
在比較電源適配器的可靠性指標時，首先要明確這些指標是在什么假定和情況下得到的。可靠性與熱性能及工作溫度的關系十分密切，工作溫度每上升10℃，故障率就增大一倍。在典型的應用中，MTBF的計算是非常有意義的，但由于受到系統內其他組件產生熱量的影響，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格范圍內。風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洞的不同位置，這些都會影響測試結果。例如，要考慮究竟是風洞強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，這與漏斗式風洞不同，漏斗式風洞強迫空氣直接吹到電源適配器上面。由于大多數的應用并不采用漏斗式或強迫式氣流，因此非漏斗式測試程序將可得到最穩健的結果。

氣流的測量也是很重要的，應利用熱線風速表直接測量電源適配器前的氣流，以保證流量的準確度。氣流系統利用層流，是比較保守穩健的方法，會獲得較佳的測試結果。降額曲線是在最壞的方向進行的，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，溫度穩定的時間越長，測量的結果越準確。基于這個方法，雖然實際測試的時間會長一些，但測量結果足以保證溫度的穩定性，而準確性是預備熱降額曲線最重要的一環。在特殊應用中要對電源適配器的測試進行個別比較。

可靠性與熱性能及工作溫度的關系十分密切。實際上，不同的設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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| 發布時間：2019.08.13    來源：電源適配器廠家
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