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白皮书

组件双面散热时代的散热设计

电源系统的散热问题可能比以往任何时候都更重要:尽管缩短设计周期,满足了极具挑战性的上市时间要求,但仍需满足更高的能源效率、更高的输出功率以及更高的功率密度要求。虽然散热设计的挑战并不是什么新鲜事,但它给电源工程师带来的挑战有增无减。

Vicor Chip 封装技术支持器件双面散热,在电源系统散热设计中掀起了一场革命。尽管这可显著提高散热效率,实现前所未有的功率密度,但这种方法会增加散热设计及热量计算的复杂性。

所幸目前已发布了一些工具和白皮书,即便是性能最高的组件,电源系统设计人员也能借此从根本上简化其散热设计。

散热方法

如果一款组件散热不充分,内部半导体的结温可能会升高到导致运行错误或永久性故障的程度。电源组件有三种基本散热方法,每一种都利用了热量从高温区流向低温区这一自然现象:

  • 辐射 — 通过电磁波传递热量
  • 传导 — 通过固体介质相接触传递热量
  • 对流 — 通过流体(通常是空气)传递热量

虽然这三种方法在设计散热解决方案时都应该考虑,但电源工程师执行散热设计的主要方法是增加散热片,以提供传导散热并让空气流动起来,形成对流。

提高对流散热的方法是:使用风扇强制让空气通过系统,增大气流。然而,风扇将增加系统成本和尺寸,增大噪声,其可能也是系统最不可靠的部件,因此尽量避免强制风冷这种散热方法。

Vicor 热量计算器

散热设计的第一阶段通常需要使用 Vicor 热量计算器。 该工具可帮助您计算最大输出功率、最大热阻、最高环境温度或温升。虽然这款工具相对比较简单,但能够帮助电源设计人员了解他们必须应对的挑战,并能帮助他们搞清楚实现所需散热的复杂程度。

热电路模型

热电路模型是计算所有散热系统性能非常有效的方式。Vicor发表的白皮书介绍了在热计算中如何使用电路模型,并全面介绍了该技术。这些模型将电路元器件用作模拟热特征组件:电阻器表示热阻抗,将电流源用于替代热源并使用电压源对温度源进行仿真。该方法可简化分析,允许工程师使用熟悉的电路元器件。

Thermal-circuit-model.jpg

不同的封装需要不同的热电路模型,才能反映其构造。具体来说,可提供双面散热的 ChiP 封装模型将不同于只可一面散热的传统电源模块。一份现已发表的白皮书文献介绍了不同 Vicor电源封装的热电路模型。

热仿真

虽然电路模型是分析散热设计的有效途径,但人工计算会非常耗时。幸运的是,Vicor 仿真器工具包含仿真热性能的功能,工程师只需点击几下鼠标,就能准确确定工作条件。

该仿真工具简单易用,Vicor 系统应用工程师 Mike DeGaetano 最近主持的网络研讨会,介绍了如何通过仿真创建温升更低的系统。

我们的在线工具包含一些强大的功能,可针对不同条件、散热器甚至冷壁式散热技术的使用进行仿真。查看最近的一篇博客文章,了解如何最大限度发挥 Vicor 散热仿真的优势。

极限散热解决方案

有时,只有采取积极有效的措施,才能在高性能系统内实现所需的散热量。在 2018 年开放式计算项目峰会上,Vicor 和 3M 共同演示了一种克服空气导热系数相对较低的方法,即液浸式冷却。虽然这种方法通常局限于超级计算等应用,但冷却剂流过电源组件的视频仍然令人震撼!

采用 Vicor 创新封装技术进行设计

作为提供高性能、高密度电源组件的领导者,Vicor 开创了全新电源封装技术。广泛的工程设计工作以及极为严格的散热测试方法帮助我们实现了 ChiP 和 VIA 封装等技术创新。

相关内容

工具: 产品仿真器

工具: 热计算器

白皮书:在热计算中使用电路模型

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