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(xiàng)目，而且是重要參數(shù)。當(dāng)設(shè)計(jì)或選用電源時(shí)，應(yīng)正確估量變換過(guò)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(tái)耐用電源的設(shè)計(jì)，要求在任何工作狀態(tài)下，不僅不能超過(guò)溫度極限，并且應(yīng)留有足夠的余量。這就要求認(rèn)真計(jì)算電源中產(chǎn)生的熱量并通過(guò)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(jì)
確定在最壞情況下的功耗
利用下式可以計(jì)算出轉(zhuǎn)換器在整個(gè)工作范圍內(nèi)輸出最大負(fù)載電流時(shí)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(huì)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(shí)的效率。但是轉(zhuǎn)換器通常不會(huì)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(jì)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(jì)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(shí)，轉(zhuǎn)換器的效率為89％。在我們的設(shè)計(jì)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(hào)為例，從底板測(cè)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(jiǎn)化為：
Tr＝Pd ×Θ=302.8℃   (3)
在這種情況下，考慮到最高溫升，轉(zhuǎn)換器模塊不可能在無(wú)強(qiáng)制通風(fēng)的條件下滿載工作，即使模塊的效率為92％，模塊在自然環(huán)境中的溫升也將高達(dá)213℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)模塊底板所能承受的最高溫度。高效率仍不能解決該系統(tǒng)的工作問(wèn)題，為此，應(yīng)用中，底板必須加裝散熱器或者采取減小底板熱阻的措施。
確定熱阻
為了選用適當(dāng)?shù)纳崞鳎玫降装逶试S的溫升，必須選取使底板溫升維持在規(guī)定范圍以內(nèi)所需的熱阻，確定最高底板溫度與預(yù)期環(huán)境溫度之差。
如果最高環(huán)境溫度55℃，該Vicor模塊的允許溫升即45℃(100℃-55℃)，所需的熱阻允許溫升除以最大功耗Pd，即
Θmax＝Tr (aIlowed)/Pd   (4)
在該實(shí)例中，計(jì)算出的熱阻0.73℃/W為允許的最大熱阻。這樣，在最高環(huán)境溫度下，模塊可在規(guī)定的最高溫度下滿載工作。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，該熱阻是系統(tǒng)中所有接觸面熱阻之和。由此可知，選擇合適的熱接觸面材料對(duì)減小熱阻是非常重要的。在任何情況下，接觸面的熱阻越小，散熱性能越好。Vicor可提供ThermMate變相(Phase Change)材料，該材料與干式熱墊片相比，接觸熱阻可減少到十分之一。
在可能發(fā)生的任何情況下，采用適當(dāng)?shù)拇胧畲鬅嶙钁?yīng)有0.75降額系數(shù)。根據(jù)降額系數(shù)，可以得到更小的熱阻0.547℃/W。利用以下任意一種散熱方法，都可獲得如此小的熱阻：
?自然對(duì)流散熱：將熱能傳輸?shù)阶匀豢諝饬髦校?br /> ?強(qiáng)制對(duì)流散熱：將熱能傳輸?shù)揭苿?dòng)的空氣流中；
?傳導(dǎo)散熱：熱量通過(guò)固體介質(zhì)傳遞。
不管散熱器或者安裝模塊的導(dǎo)熱表面形狀如何，只要散熱表面積較大，就很容易實(shí)現(xiàn)空氣自然對(duì)流散熱。許多電源模塊生產(chǎn)廠家都將散熱器作為電源模塊的組成部分提供給用戶。在某些實(shí)際應(yīng)用中，為了使電源模塊的溫度保持在極限值以內(nèi)，必須采用強(qiáng)制空氣對(duì)流散熱。某些電源模塊生產(chǎn)廠家，也把散熱器作為電源模塊的附件供給用戶，此外，散熱器生產(chǎn)廠家還可根據(jù)用戶提供的技術(shù)要求定制專用的散熱器。采用傳導(dǎo)散熱器時(shí)，電源模塊產(chǎn)生的熱量都通過(guò)固體熱傳導(dǎo)介質(zhì)傳送到周?chē)目諝庵小?/p>

熱流通路的考慮
在電源模塊內(nèi)，開(kāi)關(guān)組件產(chǎn)生的熱量都傳導(dǎo)到模塊的底板上，然后再通過(guò)熱接觸表面材料傳導(dǎo)到外殼內(nèi)的金屬板上，金屬板又通過(guò)傳導(dǎo)方式將熱量散發(fā)到周?chē)目諝庵小?duì)于傳導(dǎo)散熱來(lái)說(shuō)，電源模塊裝在密封的NEMA外殼中是理想的方法，模塊內(nèi)部產(chǎn)生的熱量可以先傳輸?shù)酵鈿ど希缓笤偕l(fā)到周?chē)目諝庵小２捎脗鲗?dǎo)散熱時(shí)，用戶必須保證電源模塊的參數(shù)在極限值以內(nèi)。因?yàn)殡娫茨K的安裝表面不能有效地散熱。為了改善散熱條件，用戶還必須采用一系列的折衷方案。某些易變的參數(shù)必須留有一定的余量，還應(yīng)當(dāng)考慮系統(tǒng)內(nèi)部電源模塊放置方向和氣流方向。
無(wú)論利用何種散熱方法都建議采用保守的設(shè)計(jì)方法。散熱系統(tǒng)工作狀態(tài)還必須通過(guò)直接測(cè)試溫度來(lái)驗(yàn)證。通風(fēng)障礙、渦流和安裝位置不當(dāng)都會(huì)阻礙空氣流通，從而導(dǎo)致散熱能力明顯減小。

對(duì)體積的考慮
在某些應(yīng)用中，對(duì)電源的體積無(wú)嚴(yán)格要求時(shí)，可以加入熱阻更低的的散熱器。對(duì)于帶有特殊熱接觸表面材料的模塊在可利用的空間內(nèi)，簡(jiǎn)單選擇散熱面積較大的散熱器和其它附件，即可保證模塊可靠工作，但是更常見(jiàn)的情況，電源模塊可利用的空間很小，在許多通信設(shè)備中，在較大的框架上，許多印刷電路板緊密地排列在一起。印刷電路板之間的空間通常稱作“間距”。為了充分利用有效空間，更多的印刷電路板將裝入給定的空間內(nèi)，這將使印刷電路板上組件的高度受到嚴(yán)格限制，常用的散熱器很難滿足模塊高度的要求，為了減小印刷電路板上電源模塊的高度，電源模塊可以加裝熱特性適當(dāng)且較薄的邊緣葉片散熱器。
適用于標(biāo)準(zhǔn)型、小型和微型電源模塊的邊緣葉片散熱器的產(chǎn)品編號(hào)分別為：20394、20393和20392。該散熱器將葉片移到模塊的兩側(cè)，只比模塊底板高出0.125英寸。靠近印刷電路板的葉片端頭可方便形成通風(fēng)道，強(qiáng)制空氣流可流過(guò)該通風(fēng)道。從而提高散熱效果。