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电源模块的热疲劳分析

电源模块的热疲劳分析

2019-01-12
随着科技的发展,在应用上对电源模块要求体积越来越小、功率越来越高,模块的发热和散热问题成为影响元器件使用性能和寿命的关键因素之一。

一般模块内部为多材料分层结构,不同的材料层在热膨胀系数上存在差异,当温度发生变化时,会在不同材料层上产生热应力。通常说模块在开关机工作一次就会产生热应力循环,随着工作次数的增加,某一元件达到疲劳极限时,整个电源模块就会失效。

小体积、高功率密度的产品是电源模块市场未来的选择,而高可靠性是所有工程师需要解决的一个主要问题,需要保证产品多年正常运行,基本不发生故障。模块内部大量部件组合和封装的高功率密度产生的热疲劳现象及附属电路故障,这些影响着模块的可靠性,成为了技术人员必须解决的重要问题。

电源模块的热疲劳主要由于功率转换、效率低、散热空间有限造成的,导致了温度上升,从而缩短产品使用寿命。为降低温度对平均无故障时间(MTBF)的影响,工程师需要考虑散热、气流和模块的功率损耗。在比较降额曲线时,不应只关心在常温25℃时的电性能,还要考虑系统环境温度、气流和模块的散热方法。目前在许多应用场合,电源模块需要在恶劣的环境下工作,这时更应该考虑这些问题。

高温对高功率密度的电源模块影响极大,会导致电解电容的寿命降低、晶体管损坏、变压器的绝缘特性降低、元件材料老化、焊点脱落等现象。因此,降低损耗和改善散热条件才是根本。
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