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电源管理电路设计时散热问题以及热传递的计算电源管理电路设计时散热问题以及热传递的计算
电源管理器件(及其相关电路)经常会遇到这些问题,因为输入与负载之间的任何功耗都会导致器件发热,所以必
须将热量从这些器件中驱散出来,使其进入PCB、附近的元器件或周围的空气。即使在传统高效的开关电源
中,当设计PCB和选择外部元器件时,也都必须考虑散热问题。
高温或内部功耗产生的过多热量可能改变电子元件的特性并导致其关机、在指定工作范围外工作,甚或出现故障。电源管理器
件(及其相关电路)经常会遇到这些问题,因为输入与负载之间的任何功耗都会导致器件发热,所以必须将热量从这些器件中驱
散出来,使其进入PCB、附近的元器件或周围的空气。即使在传统高效的开关电源中,当设计PCB和选择外部元器件时,也
都必须考虑散热问题。
设计电源管理电路时,在考察散热问题之前对热传递进行基本了解是很有帮助的。首先,热量是一种能量,会由于两个系统之
间存在温差而进行传输。热传递通过三种方式进行:传导、对流和辐射。当高温器件接触到低温器件时,会发生传导。高振幅
的高温原子与低温材料的原子碰撞,从而增加低温材料的动能。这种动能的增加导致高温材料的温度上升和低温材料的温度下
降。
在对流中,热传递发生在器件周围的空气中。在自然对流中,物体加热周围的空气,空气受热时膨胀形成真空,导致冷空气取
代热空气。因此形成循环气流,不断将器件的热量传输给周围的空气。另一种形式是强制对流,例如风扇主动吹冷空气,从而
加速取代暖空气。当物体将电磁波(热辐射)发送至周围环境时就会产生辐射。辐射热量无需介质传递(热量可以通过真空辐
射)。在PCB中,热传递的主要方法是传导,其次是对流。
下面的等式给出了以传导方式热传递的数学模型:
该模拟可以深入进行,以描述器件的另一个热属性,称之为热容。正如将热阻模拟为电阻,可以将热容(CT,单位为J/℃)模
拟为电容。将热容与热阻并联获得热阻抗(ZT)。图1所示为传导传热的简化RC模型。能源被模型化为电流源,热阻抗被模型化
为CT与RT并联。
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weixin_38516863
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