散熱應(yīng)考慮的問題：確保第二代高密度DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊性能

由于按標(biāo)準(zhǔn)尺寸生產(chǎn)的第二代DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊具有更大的功率密度，為保證給負(fù)載提供足夠的功率，必需采取適當(dāng)?shù)氖┐脒M(jìn)行熱量管理。在熱量管理中，效率不僅是應(yīng)考慮的項目，而且是重要參數(shù)。當(dāng)設(shè)計或選用電源時，應(yīng)正確估量變換過程中產(chǎn)生的熱量即。

圖1 Vicor DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊V300A48C50OA的效率與輸入電壓和輸出電流的關(guān)系


所有電源產(chǎn)品都注明最高工作溫度，其可靠性和工作壽命都與工作溫度成反比。一臺耐用電源的設(shè)計，要求在任何工作狀態(tài)下，不僅不能超過溫度極限，并且應(yīng)留有足夠的余量。這就要求認(rèn)真計算電源中產(chǎn)生的熱量并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然后根據(jù)負(fù)載和工作環(huán)境的要求，選擇更有效的熱量管理方法。

散熱設(shè)計
確定在最壞情況下的功耗
利用下式可以計算出轉(zhuǎn)換器在整個工作范圍內(nèi)輸出最大負(fù)載電流時的效率。變換效率定義如下：
n=Po/Pin      (1)
式中，Po為輸出功率；Pin為輸入功率。
電源模塊通常都給出其典型效率值，但是給出的數(shù)值不可能適用于所有工作狀態(tài)。通常，還會給出效率與其它規(guī)定參數(shù)的關(guān)系曲線。Vicor  DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊V300A48C500A (額定輸入電壓為300Vdc、直流輸出電壓為48Vdc，在室溫下輸出功率為500W)效率與輸出電流和輸入電壓的關(guān)系，如圖1所示。
從圖1可出看出，在大部分工作范圍內(nèi)，效率曲線非常平坦，通常DC-DC轉(zhuǎn)換器只提供規(guī)定電源電壓和負(fù)載時的效率。但是轉(zhuǎn)換器通常不會僅僅工作于這一點(diǎn)，為了正確進(jìn)行散熱設(shè)什，必須認(rèn)真分析完整的效率曲線。最佳散熱設(shè)計應(yīng)當(dāng)根據(jù)最壞工作條件下，預(yù)期工作溫度范圍內(nèi)的效率計算出最大功耗。
另外，還可以看出，在大部分輸出電流范圍內(nèi)，當(dāng)輸入額定電壓時，轉(zhuǎn)換器的效率為89％。在我們的設(shè)計實(shí)例中，將該效率作為最壞情況下的效率。如果該轉(zhuǎn)換器模塊滿載工作(Po=500W)，產(chǎn)生熱量的功耗為：
Pd＝Po/n-Po    (2)
由此式可得出,Pd＝61.8W
確定該功耗引起的轉(zhuǎn)換器模塊底板的溫升
所有廠家均給出轉(zhuǎn)換器模塊的熱參數(shù)，以上述Vicor型號為例，從底板測試的最高承受工作溫度是100℃(Tb)。在空氣中的熱阻(Θ)值為4.9℃/W，因此，轉(zhuǎn)換器模塊在自然環(huán)境中的溫升可簡化為：
Tr＝Pd