2025年电源模块的散热设计 .pdf

去留无意，闲看庭前花开花落；宠辱不惊，漫随天外云卷云舒。——《幽窗小记》

大功率电源模块的散热设计

摘要：用传统的热设计理论及经验公式对电源模块内的四个50W大功率管进行了散热

设计，应用热分析软件Icepak对理论计算进行了校核,并对方案进行了优化设计。

关键词：功率管散热；散热器；热分析软件；Icepak

1引言

电源模块内有四个功率管（在同一平面上，分成两排），其两两间距为60mm，管径Φ20mm，

每一功率管的发热功率为50W。周围环境温度：+50℃。要求设计一150mm×200mm的平板

肋片式散热器。??

根据热设计基本理论，功率器件耗散的热量为：

式中，Δt为功率管结温与周围环境温度之差，℃；R为总热阻，℃/W。

T

其中，R为功率管的内热阻；R为器件壳体直接向周围环境的换热热阻；R为功率管与

TjTpTc

散热器安装面之间的接触热阻；R为散热器热阻。旨在尽量减小R和R，使系统热阻降

TfTcTf

低，保证功率管结点温度在允许值之内。??

2任务分析

功率管的温度控制，主要是控制功率管的结温。生产厂一般将器件的最高结温规定为90℃

-150℃。可靠性研究表明，对于使用功率元件的电子设备长期通电使壳体温度超过100℃，

将导致故障率大大增加。故要求功率管壳体温度，即散热器底板温度（先忽略安装时的接触

热阻）应低于100℃。以下的计算中暂取100℃。

常用散热器主要有叉指型和型材两种。对于叉指散热器，叉指向上对散热较为有利；而

型材散热器则要求底板竖直放置。设计中若采用叉指型散热器，则200mm×150mm的底板

占用水平空间较大，不利于PCB板的排放，故采用型材散热器。型材散热器按照肋片的形

式可分为矩形肋、梯形肋、三角形类、凹抛物线肋等。其中，矩形肋的加工方法最为简单，

应优先考虑。又考虑到性价比及加工工艺性，故采用铝合金作为散热器的材料。??

3散热器设计??

3.1底板的设计??

底板的设计包括底板厚度和底板长高尺寸设计。在底板材料确定的条件下，底板的厚度

会影响其本身的热阻，从而影响散热器底板的温度分布和均匀性。查阅部分国家标准，取散

热器底板厚度为6mm。根据经验公式，底板的高度取为150mm（150和200的较小者）时

换热系数较大。??

3.2肋片厚度的设计??

无量纲数毕渥数（Biot）小于1，即B=hδ/2λ1为肋片起增强散热的判据。实验证实，

i

对于等截面矩形肋，应满足B≤0.25。为了使B数较小，肋片以薄为宜,但如果肋片厚度过小，

ii

将给加工增加困难，取平均肋片厚度δ＝1.5mm。

3.3肋间距的设计

当散热器尺寸一定时，减小肋片间距，则肋化系数增加，热阻降低；但由于流体的粘滞

长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。——李白

作用，肋间距过小将引起换热效果变差。取肋片间距为1.2cm。根据这一肋片间距，散热器

上共可布置30片