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功率電源中器件的溫升與極限工作溫度

鉅大LARGE  |  點擊量:2540次  |  2020年06月19日  

熟悉電子電路設計的朋友一定都了解,在電源整體設計中存在一些發熱非常嚴重的器件,如整流橋、MOS管、快恢復二極管這些器件。而在功率電源中,電感和高頻變壓器則成為了發熱現象的重災區。那么在功率電源中,它們的合理溫升應該是多少,在惡劣條件下的極限溫升又該是多少呢?


一般來說,電管、變壓器類器件的溫度都控制在120℃左右。半導體結溫控制在0.8,具體的可以參考《GJB/Z35-93元器件降額準則》。


在實際操作中,在室溫35℃環境下半導體器件熱平衡后,其最高溫度不超過80°;磁性器件最高溫度不超過90℃。當然最高溫度測試方法因人而異,該情況使用的是FLUKE標價5K的一個二維熱成像儀。


其實實際上,關于元器件溫度的要求,不能用一個籠統的標準來全部概括。很多人在實際操作中發現低頻整流橋工作在100℃左右的環境也是沒有問題的。其他的功率半導體,則要看是金屬封裝還是塑封的,150℃工作溫度或者塑封的在最惡劣的情況下,最高溫度控制在100℃以內都是沒有有問題的。而175℃工作溫度或者金屬封裝的,在最惡劣的情況下,最高溫度控制在120℃以內,應該還算是安全的。


要特別注意的是,那種軸線封裝的二極管,特別是肖特基二極管,包括部分TO252封裝的肖特基二極管,最高溫度控制在100℃顯然是不夠的。換句話說,降額幅度還應該與封裝體積掛鉤。封裝越大,電壓、電流、溫度的降額幅度可以越小。


假如有關溫度的問題大家還是覺得沒有靠譜的說法,那么可以從公式計算的角度來試著分析。首先要考慮的是最惡劣情況下的溫度,如最高溫度下滿載工作,整流橋、MOSFET、快恢復二極管表面溫度不要超過110~115℃,或根據相關經驗公式估算結溫:Tj=Tc+p*Rthjc(p為MOSFET的功耗,Rthjc為MOSFET結到殼的熱阻),結溫估算出來比較功率器件規格書最大結溫,比較是否滿足降額要求即可,電感假如是磁環做的,磁芯和表面不要超過120℃,假如是用EE類的,磁芯線苞溫度測內部溫度,內部磁芯和線包苞不要超過140℃,有時候帶風扇的模塊,測表面線苞有時候很涼快,其實內部可能溫度非常高,已無法滿足安規要求,注意線、膠帶、擋墻等材料的溫度等級選擇。


本文從實際操作的角度出發,為大家講解功率電源器件的發熱情況以及極限工作溫度。并在最后通過公式計算的方式,用更加富有理論性的方式為大家供應了一種溫度知識的參考。正在被器件工作溫度困擾的朋友不妨花上幾分鐘來閱讀本文,相信會有意想不到的收獲。


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