从模块热设计角度出发，介绍各类低温升、高可靠性电源设计

电源模块发热问题会严重危害模块的可靠性，使产品的失效率将呈指数规律增加，电源模块发热严重怎么办?本文从模块的热设计角度出发，为你介绍各类低温升、高可靠性的电源设计及应用解决方案。

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、低熔点焊缝开裂、焊点脱落、器件之间的机械应力增大等现象。有统计资料表明，电子元件温度每升高2℃，可靠性下降10%。

一、关键器件的损耗

表1是开关电源关键器件的热损耗根源，了解器件发热原因，为散热设计提供理论基础，能快速定位设计方案。

表1主要元器件损耗根源

二、开关电源热设计

从表1了解关键发热器件和发热的原因后，可以从以下两方面入手：

1、从电路结构、器件上减少损耗：如采用更优的控制方式和技术、高频软开关技术、移相控制技术、同步整流技术等，另外就是选用低功耗的器件，减少发热器件的数目，加大加粗印制线的宽度，提高电源的效率；

方案选择优化热设计

图1是同一个产品的热效果图，图1中的A图采用软驱动技术方案，图1中的B图采用直接驱动技术方案，输入输出条件一样，工作30分钟后测试两个产品的关键器件温度，如表2所示，A图关键器件MOS的温度降幅是B图的32%，关键器件温度降低同时，提高了产品的可靠性，e所以采用高频软开关技术或者软驱动技术，能大幅度降低关键器件的表面温度。

图1采用不同驱动方案后的热效果图

表2主要元器件损耗根源

器件选择优化热设计

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。图2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。

图2降额曲线

元器件的封装对器件的温升有很大的影响。如由于工艺的差异，DFN封装的MOS管比DPAK(TO252)封装的MOS管更容易散热。前者在同样的损耗条件下，温升会比较小。一般封装越大的电阻，其额定功率也会越大，在同样的损耗的条件下，表面温升会比较小。

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3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，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。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。