某高功率密度电源模块的热设计研究

发布时间：2020-06-05 12:37

【摘要】：开关电源是所有电子设备的动力源。模块电源是开关电源的一种,它具有体积小,效率高等特点,已被广泛地应用到信号接入设备、转换设备、通讯设备、汽车、航空等领域。本文研究的模块电源主要应用在通讯领域。随着4G/5G技术的发展,移动通讯设备(如智能手机)得到广泛的应用,对通讯电源模块的功率要求也就越来越高,体积希望越来越小,因而电源模块的功率密度就会越来越高,产生的热量就会越多,而热是影响电源模块的可靠性的重要因素。本文主要对某高功率密度的模块电源的热设计进行了以下研究。第一.解决模块的热源问题,即降低模块的发热量。在解决热源方面,主要是提高模块效率,降低元器件的功耗。本文通过对几种常见的电源拓扑结构进行对比分析,结合模块电源的特点,采用硬开关全桥电路拓扑结构,并结合同步整流技术、并联均流技术以及平面变压器的应用,使整个模块的效率达到96%以上,大大地降低了模块损耗。第二.解决模块散热问题,即想办法把模块热源的热量散发出去。解决模块散热问题本文主要从以下两个方面进行研究:1.通过PCB结构对散热影响的分析,对PCB板的层数、铜厚、叠层以及散热过孔进行合理设计,并利用Flotherm热仿真软件进行仿真验证,确保PCB的热设计满足设计要求。2.基于传热学原理,对散热片的有关参数对散热影响进行理论分析。利用正交试验设计的方法,对散热片的几个主要参数进行优化,并通过热仿真软件FLOTHERM进行仿真验证,确保散热片参数优化后的效果,满足设计要求。第三.根据模块的测试要求,搭建测试系统,并利用该系统对该模块样机进行试验验证。试验结果表明在风速200LFM及以上、环境温度不超过45℃的条件下,模块电源的输出功率达到1000W,满足项目的要求,现已经实现了量产。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN86

【参考文献】