“酷”的电源设计

现代主电源非常紧凑，但在运行时以热量的形式耗散了大量的能量。这通常会导致内部元件过热，从而对电源的可靠性和寿命产生不利影响。

通常情况下，由于散热过高，为了使电源组件保持在安全的工作温度，设计工程师别无选择，只能使用风扇为组件降温。然而，由于机械风扇的可靠性相对较低，而且噪音令人恼火，因此在技术上通常是一种不令人满意的解决方案。

第1组:65w反激电源的上下热像图。

飞回式vs半桥式

开关电源最常用的拓扑是反激变换器。反激变换器中的整流输入电压在开关晶体管的导通阶段连接到电感的初级线圈。

当晶体管关闭时，存储的电感电流通过输出整流二极管从次级线圈流向输出电容器。当输入晶体管接通时，输出二极管处于空闲状态，当输出整流二极管接通时，开关晶体管处于空闲状态。这导致所有器件的有效电流都很高。

这种拓扑结构具有成本效益，但缺点是功率半导体、变压器和电容器中的峰值和均方根电流很高。这将导致包括印刷电路板在内的所有电路元件的高温。

能量转换效率差，由于功率损耗，对电子元件造成高温应力，导致电源故障率明显升高。这些故障在应用中电源的初始测试和性能验证期间并不明显，但随着时间的推移，这些故障在现场使用中变得非常明显。

与反激变换器不同，半桥变换器由两个主开关晶体管、两个输出二极管和变压器输出侧的一个单独的存储电感组成。开关晶体管交替地将变压器连接到整流电源电压上。因此，能量通过变压器传输的占空比要长得多，这导致所有组件中的电流脉冲要低得多。

温度分布

典型的65瓦反激式电源和100瓦半桥式电源(图像组1和2)的热像图尺寸均为2 x 4 x 1.2英寸，显示了两个电源之间的温度分布。

在图像组1中，65W反激电源组件侧的大片区域非常热。特别是，安装在靠近主电源输入侧和输出侧的散热器上的半导体在图像上显示为白色，表明它们在室温下已经达到+100°C左右。很容易想象，如果在安装空间小、空气循环低的应用中使用这种电源单元会发生什么。这些部件不可避免地会过热。

在图像组2中，可以看到100w半桥式电源上工作温度极高的区域，特别是在变压器周围的区域。该PCB区域受到周围半导体器件的强烈加热，在室温下印刷电路板的温度接近+100°C。在输出二极管周围的区域，PCB上的温度也非常高。

第二组:1100W半桥式电源上下热像图。

在元件侧和焊料侧，在相同负载条件下，65w反激式电源单元比100w电源单元要热得多。100w的电源不仅在65w的输出功率下显着降低，而且可以在相同的2 x 4英寸中提供100w的输出功率。格式化无过热组件。

根据IEC 61709(考虑电压、电流和温度的应力因素)，计算出带有反激变换器的电源单元的平均故障间隔时间(MTBF)值约为200,000小时。相比之下，采用半桥变换器的电源单元，在相同的物理体积和负载条件下，提供了5到10倍的更好的MTBF。

作者信息

沃纳·沃尔弗尔博士是TracoPower公司的工程主管。TracoPower提供基于谐振脉冲半桥电路的Top-100电源单元。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。