確定耗散功率的計(jì)算方法如下圖2所示。
圖2:計(jì)算作為熱量散失的廢功率
在確定了廢熱/功率之后,下面的簡(jiǎn)單模塊確定了運(yùn)行所需的熱阻,ΔT定義為設(shè)備的最高工作溫度與電源磚塊的最高底板溫度之差。當(dāng)使用導(dǎo)熱墊或?qū)嵊蜁r(shí),從機(jī)箱到散熱片的熱阻通常為0.1?6?2C/W。
圖3:電源磚塊和散熱片熱模塊
在對(duì)流冷卻的應(yīng)用中,散熱片的物理尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用強(qiáng)制風(fēng)冷或液體冷卻的類(lèi)似解決方案。如果一個(gè)以上的底板冷卻模塊安裝在一個(gè)共同的散熱片、冷墻或外部外殼上,則所需的總體熱阻由所有磚塊在最壞情況下的耗散功率之和決定。
電磁兼容性
底板冷卻轉(zhuǎn)換器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一個(gè)關(guān)鍵方面是電磁兼容性,包括防止尖峰和浪涌,以及控制電氣噪聲排放。最終應(yīng)用的敏感性要求決定了浪涌和尖峰抑制的程度和復(fù)雜性,從簡(jiǎn)單的無(wú)源元件到瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)、氣體放電管(GDT),甚至是某些車(chē)輛和鐵路應(yīng)用中所要求的主動(dòng)夾鉗設(shè)計(jì)。特定應(yīng)用的EMC模塊可用于國(guó)防和鐵路應(yīng)用,為這些要求嚴(yán)格的應(yīng)用提供低風(fēng)險(xiǎn)的成熟解決方案。基于電源模塊的電源解決方案還需要適當(dāng)?shù)娜蹟嗥骰驍嗦菲鞅Wo(hù),以確保安全,通常還需要一些局部電容以降低源阻抗。
電源模塊數(shù)據(jù)表和應(yīng)用說(shuō)明規(guī)定了所需元件的值。然而,這要由電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師來(lái)執(zhí)行,遵循良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐,以滿(mǎn)足任何爬電和間隙要求,并最大限度地減少寄生電感,以符合EMC要求。
圖4:DC輸入系統(tǒng)示意圖
參照?qǐng)D4,保險(xiǎn)絲FS1提供短路輸入故障保護(hù)。反極性保護(hù)由二極管D1提供。L1、C1、C2以pi型濾波器排列連接,以降低功率開(kāi)關(guān)級(jí)內(nèi)電流快速變化引起的差動(dòng)噪聲。L2、C4和C5組成共模濾波器,以減輕電源轉(zhuǎn)換器內(nèi)電壓快速變化所產(chǎn)生的噪聲。電容器C3為電源轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)電流需求提出了一個(gè)低阻抗源,TVS1是一個(gè)雙向瞬態(tài)浪涌抑制器,以防止尖峰和浪涌。C6和C7可降低輸出端的共模噪聲,但對(duì)于要求使用低噪聲電源的應(yīng)用,可能需要在輸出端增加一個(gè)差分濾波器。
在設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)布局時(shí),為了保持回路的短小,去耦電容C4、C5、C6、C7應(yīng)盡量靠近連接引腳和機(jī)箱與底板的連接。TVS1、瞬態(tài)電壓抑制器和橫跨輸入端的電解電容C3應(yīng)盡量靠近輸入引腳。應(yīng)避免電源模塊下方的PCB軌道。
如果在轉(zhuǎn)換器前使用PFC模塊,還需要一個(gè)高壓電解散裝電容器C6,通常額定電壓為450VDC。終端系統(tǒng)所需的保持或穿越?jīng)Q定了電容器的值。
圖5:AC輸入系統(tǒng)示意圖
任何額外的組件也需要包括在溫度管理設(shè)計(jì)中,以確保它們保持在其溫度和安全限度內(nèi)。溫度會(huì)影響電解電容器的壽命,只要降低10攝氏度,使用壽命就會(huì)翻倍,因此選擇元件設(shè)計(jì)壽命、溫度等級(jí)和冷卻安排對(duì)維持終端設(shè)備的預(yù)期使用壽命至關(guān)重要。使用導(dǎo)熱墊和使熱敏感元件遠(yuǎn)離高溫部件有助于保持整體系統(tǒng)的可靠性。
使用底板對(duì)流冷卻電源轉(zhuǎn)換模塊是嚴(yán)苛環(huán)境中密封設(shè)備的理想方案,也是許多運(yùn)輸系統(tǒng)、國(guó)防應(yīng)用和桅桿頭安裝網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的常用方案。