體積更小、功率更大、性能更高，是直流/直流模塊電源（DC/DC-Power-Supply-Modules）領(lǐng)域的時(shí)尚用語。對(duì)產(chǎn)生的熱進(jìn)行良好的熱管理已成為設(shè)計(jì)流程的重要部分。但需要怎么做呢？

任何能量轉(zhuǎn)換過程的效率始終低于100%已成為無可爭辯的事實(shí)。這意味著部分轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，換句話說，轉(zhuǎn)換成了熱能，并且最終必須消除這些浪費(fèi)的熱能。熱力學(xué)定律表明，熱能只能從溫度較高的環(huán)境流向溫度較低的環(huán)境。

因此，對(duì)于直流/直流轉(zhuǎn)換器，這意味著如果內(nèi)部熱是由模塊散熱產(chǎn)生的，則環(huán)境溫度必須始終低于允許的最大內(nèi)部溫度。溫差越小，損失的熱能就越小，從而轉(zhuǎn)換器的溫度便會(huì)越來越高。

但計(jì)算時(shí)要參考數(shù)據(jù)表中的哪些溫度規(guī)格？RECOM在其數(shù)據(jù)表中公布了兩個(gè)值：有或無數(shù)值降低的“工作溫度范圍”以及“最大外殼溫度”。有些制造商甚至說這兩個(gè)值相同。

直流/直流模塊的外殼（表面）溫度一般規(guī)定為+100°C 或+105°C。最初該值顯示的非常高；但這一數(shù)字不僅包括通過內(nèi)部損失導(dǎo)致的自升溫，而且還包括環(huán)境溫度本身。

請(qǐng)記住：外殼表面與環(huán)境之間的溫差越小，可散失到環(huán)境中的熱量越小。如果轉(zhuǎn)換器具有較高的內(nèi)部損失，則與內(nèi)部損失較小的轉(zhuǎn)換器相比，它受較小溫差的影響會(huì)更大。內(nèi)部損失主要通過晶體管中的開關(guān)損失、整流損失、變壓器中的鐵芯損失以及線圈與軌道中的電阻損失產(chǎn)生的。允許的最大內(nèi)部溫度取決于變壓器鐵芯材料的Curie溫度、開關(guān)晶體管與整流二極管中的最大結(jié)溫，以及電容器的最大工作溫度。

為實(shí)現(xiàn)最佳內(nèi)部熱環(huán)境，RECOM轉(zhuǎn)換器使用導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂加以完全封裝，以便使集中的熱源在整個(gè)轉(zhuǎn)換器中均勻傳導(dǎo)。該環(huán)氧樹脂具有400mWmK-1的低導(dǎo)熱性，可確保將內(nèi)部產(chǎn)生的熱有效傳導(dǎo)到外殼的外表面。通過安裝外部散熱片可進(jìn)一步降低對(duì)環(huán)境的熱阻。

RECOM說明了最小及最大環(huán)境工作溫度，因?yàn)檫@對(duì)最終用戶來說是最容易測量和監(jiān)控的。其優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)際應(yīng)用中可測量真實(shí)環(huán)境溫度并且無需對(duì)其進(jìn)行理論計(jì)算，其結(jié)果對(duì)密封的以及允許冷卻氣流通過的開放結(jié)構(gòu)均是有效的。此外，測量的外殼溫度還可用于決定尺寸適宜的散熱片，以便在最大環(huán)境溫度下不會(huì)超過最大外殼溫度。

不過還可通過數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出內(nèi)部損失及熱阻。針對(duì)這些計(jì)算，可修改R=V/I的歐姆定律，以便使R變成熱阻，V變成溫度，I變成功耗。從而可得出以下等式：
R _{THcase-ambient} = (Tcase - Tambient) / P_dissipation
P_dissipation = P_in - P_out = P_out /η_(oper) - P_out

其中，R _{THcase-ambient}代表外殼到周圍環(huán)境的熱阻抗，T_case代表外殼溫度，T_ambient代表環(huán)境溫度，P_dissipation代表內(nèi)部損失，P_in代表輸入功率，P_out代表輸出功率，
η_(oper)代表給定工作條件下的效率。

在以上公式的幫助下，可計(jì)算一系列給定工作條件下的允許最大環(huán)境溫度，但記住，效率取決于輸出負(fù)載與輸入電壓（請(qǐng)參考圖1、圖2），這一點(diǎn)很重要。這些公式還證明了外殼溫度與工作溫度不同，而不是像通常所說的那樣二者相同。

圖1：最小、正常及最大輸入電壓下的效率與負(fù)載電流

圖2：在最小、50%及100%負(fù)載下的效率與輸入電壓。

如果散熱計(jì)算表明直流/直流模塊會(huì)在預(yù)期的環(huán)境工作溫度下過熱，則仍有許多選擇可解決這一問題。

一種選擇是降低轉(zhuǎn)換器的額定值，也就是說，使用低于滿載運(yùn)行的功率更高的轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)表中的額定值降低圖表實(shí)質(zhì)上定義了工作溫度范圍內(nèi)任何給定溫度下的最大負(fù)載。額定值降低曲線實(shí)際上并非像大多數(shù)數(shù)據(jù)表中所說明的那樣呈線性。但可信賴的制造商會(huì)始終選擇穩(wěn)妥的做法，以便使用戶在實(shí)踐中能夠放心地依賴給定值。

如果該轉(zhuǎn)換器采用塑料外殼，則可選擇具有相同額定功率的下一個(gè)最大外殼尺寸，以增加可用的表面面積。但一定要謹(jǐn)慎，不要降低效率，否則不會(huì)實(shí)現(xiàn)凈增益。

如果該轉(zhuǎn)換器具有金屬外殼，則添加散熱片會(huì)非常有效，尤其是與風(fēng)冷系統(tǒng)結(jié)合使用。

如果散熱片與風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)結(jié)合使用，則熱阻等式變成：
R _{THcase-ambient} = R _THcase-HS + R _THHS-ambient
其中：R _{THcase-ambient}代表外殼到周圍環(huán)境的熱阻抗，R _THcase-HS代表外殼到散熱片的熱阻抗，R _THHS-ambient代表散熱片到環(huán)境的熱阻抗。

R _THHS-ambient的值結(jié)合了散熱片的熱阻，以及用于實(shí)現(xiàn)與外殼更出色熱接觸的任何導(dǎo)熱劑或硅墊片的熱阻。如果沒有應(yīng)用這些輔助物，則必須單獨(dú)將散熱片的熱阻加上約0.2K/W的值。在確定R _THHS-ambient的值時(shí)，還需要知道向散熱片送入了多少空氣。這些值通常以lfm（每分鐘直線英尺）為單位，并且由風(fēng)扇制造商說明。換算為m/s為100lfm = 0.5m/s。

這是對(duì)遇到熱管理問題的所有用戶的基本概述，但它涉及了需要考慮的幾個(gè)要點(diǎn)。但如果您的計(jì)算或測量結(jié)果是在分界線，則必須更深入地檢查該問題。因此，例如，垂直和水平安裝的模塊之間、靜態(tài)空氣及自由對(duì)流空氣與低大氣壓下的空氣之間存在熱性能差異。但調(diào)查所有這些因素會(huì)在本文中占用太多空間。

作者簡介：
Carl Schramm，可靠性實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理，RECOM Development & Trading GmbH & Co KG.
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