电源模块的散热方式（1）

如何为电源降温？

由于没有任何电气系统是100%高效的，因此我们必须应对电源运行中不可避免产生的热量。设计团队需评估将产生多少热、可接受的最高温度是多少，以及最合适的散热方式。然而，这不仅是一个电气工程问题。散热设计需要整个团队的协同配合，以兼顾机械结构和产品设计方面的要求，例如尺寸与重量。

被动散热

电子系统中的散热方式主要有两种：被动散热和主动散热。被动散热完全依靠物理自然规律，将产生的热量直接传导并散发到环境中。

所选电源产品的技术资料通常会提供温度限制、安装方式和散热要求等相关指导。以 Traco Power 的 TBLC 90系列为例：这是一款90瓦 DIN 导轨安装的产品，采用自然对流散热。该电源的工作温度范围为–20°C 至 +70°C，然而在超过 +55°C 的环境下，输出功率需按每升高1K 降低2.5%进行降额使用。

根据规格说明，该产品要求周围具备20LFM（线性英尺/分钟）的自然对流通风。此外，安装指南中明确了安装方向，指出气流应自下而上（见图1）。

散热的数学原理

电源中的一些元器件，例如功率 MOSFET，通常在其封装中集成了较厚实的金属散热片（见图 2）。硅芯片被安装在该金属部分上，热量便通过这一结构传导出去。然而，仅凭封装本身所能处理的热量是有限的。

为了确定这个极限，需要查阅产品数据手册，并关注“结-环境热阻”（RθJA）这一参数。该值表示硅芯片每耗散1瓦功率时所导致的温升（单位为摄氏度）。

同时还应考虑系统所在环境的温度。例如即使在办公室或家用环境中，电源设备也可能因阳光直射而在某些时段达到30°C 以上。这种温升可能会使半导体器件的工作温度超出规格限制。

假设芯片的最高结温 （TJmax ）为150°C，环境温度（ TA ）为30°C，那么可用的温升裕度为120°C。若 RθJA 值为23.9°C/W，则在不添加额外散热器的情况下，器件最多只能安全耗散约5W 功率，其计算公式为：
(TJmax – TA) ÷ RθJA = 120 ÷ 23.9 ≈ 5 W

需要明确的是，功率器件的金属片或焊块并不是最终的散热解决方案。它们的作用是将热量传导到更大的热容体上，比如外部散热器、金属外壳，或电路板中集成的金属散热层。

请持续关注第二部分内容，深入了解更多散热设计细节。

文章作者：Simeon Tremp，产品经理