應(yīng)對電氣設(shè)備溫度，第一個考量就是加強散熱。首先要采取的預防措施是采用并實施一種策略來分散電氣和電子電路的熱量。散熱器的傳熱效率與散熱器與周圍空間之間的熱阻有關(guān)。它測量材料散熱的能力。具有大表面積和良好空氣流通(氣流)的散熱器，提供最佳散熱。為此，必須安裝合適的散熱器，與相關(guān)方直接接觸。

理想的散熱片材料必須具有高導熱性、低熱膨脹系數(shù)、低密度和低成本。使用的材料是銅和鋁：前者用于需要最大熱傳遞效率的情況，成本更高，比重更大;后者適用于要求不高的操作條件。然而，近來，正在研究一門關(guān)于熱材料的新科學，在不久的將來，技術(shù)將有助于生產(chǎn)性能更好、成本更低的新材料。

通過系統(tǒng)內(nèi)部金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(Mosfet)的開/關(guān)來調(diào)節(jié)輸出功率，從而達到節(jié)能和調(diào)速的目的。冷卻對于電路的性能和使用壽命至關(guān)重要。如今，雙面冷卻電源模塊可提供卓越的冷卻性能，以提高對熱循環(huán)的魯棒性。半導體管芯夾在傳統(tǒng)的直接鍵合銅 (DBC) 基板之間，基板直接冷卻，而不是通過傳統(tǒng)的散熱器、散熱器組件。

設(shè)計人員必須實施設(shè)備，以對包含電路的外殼進行有效和可靠的冷卻。如果這是精心制作的，它也可以用作散熱器。這樣，即使環(huán)境溫度高達 50°C，設(shè)備也可以在最大額定功率下運行。許多高度專業(yè)的軟件允許您模擬由電氣、物理和液壓子系統(tǒng)組成的整個系統(tǒng)。該軟件允許在實際生產(chǎn)之前進行虛擬原型測試。在設(shè)計冷卻元件之前，可以研究材料、熱流和電信號以確定最佳工作點。

容器作為散熱器

許多功率器件封裝在金屬容器中，這些金屬容器本身充當散熱器。這些是防水容器，可以完美適應(yīng)最極端的環(huán)境。它們通常具有帶散熱片的鋁制機身。

優(yōu)化電子元件的位置

當電流流過電子元件時，它們會散熱。熱量取決于功率和電路設(shè)計?？紤]到電路的規(guī)格，電路上電子元件的最佳布置應(yīng)提供良好的空氣流通和部件的智能放置。這些組件在熱剖面下進行了優(yōu)化布置，可以將它們的熱量散發(fā)到環(huán)境中。

最熱的組件應(yīng)放置在比冷的組件更高的位置。電路可以在安裝在具有熱平面的印刷電路板 (PCB) 上的組件上覆蓋金屬蓋，以幫助散熱。組件有助于產(chǎn)生熱量以及電連接、銅跡線和通孔的電阻。此外，必須特別小心地創(chuàng)建 PCB。設(shè)計人員必須使用適當?shù)睦鋮s方法研究組件的尺寸、PCB 的尺寸及其材料、布局、組件放置和方向。他們可以使用紅外 (IR) 攝像頭以及仿真軟件來評估供電原型板。

主動冷卻

如果無法應(yīng)用被動解決方案，最好使用主動解決方案，該解決方案通常由測量熱參數(shù)的系統(tǒng)和執(zhí)行器(恒溫器或恒濕器)組成。它控制改變熱量的設(shè)備(風扇、加熱器、空調(diào)等)。主動冷卻方法，例如強制空氣或泵送液體，可以提供可接受的性能。然而，這會增加能量消耗和噪音。這些系統(tǒng)通過風扇、空調(diào)和空氣-空氣或空氣-水交換提供強制對流。

具有低 R DS(on)的開關(guān)組件

現(xiàn)代開關(guān)電路由碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) MOSFET 制成(圖 7)。這些組件提供了很大的優(yōu)勢，主要是從熱的角度和效率的角度來看。與硅 (Si) 相比，SiC 具有十倍的介電擊穿場強、三 倍的帶隙和三 倍的熱導率。SiC MOSFET 的主要特性和優(yōu)勢包括：

· 極高的溫度處理能力(最大 TJ = 200 °C);

· 顯著降低開關(guān)損耗;

· 低通態(tài)電阻(650 V 器件為 20 mOhm，1200 V 器件為 80 mOhm);

· 非?？焖俸蛷姶蟮谋菊黧w二極管。

GaN 對于生產(chǎn) MOSFET 也非常有用。GaN是一種直接帶隙半導體?；?GaN 的 MOSFET 和金屬半導體場效應(yīng)晶體管 (MESFET) 可用于高功率電子產(chǎn)品，尤其是在電動汽車和汽車應(yīng)用中。

結(jié)論

設(shè)計師應(yīng)從設(shè)計的概念階段考慮所有影響溫度的因素。熱管理技術(shù)取決于組件和電路耗散的熱量、環(huán)境、設(shè)計和外殼。隨著功率微電路的采用，必須毫無問題地管理能源并最大限度地散熱。毫無疑問，受正確熱管理影響的第一個因素是安全性。由于大多數(shù)功率器件用于汽車領(lǐng)域，因此謹慎和安全是主要目標。

良好的熱管理還有助于防止過熱和電路故障。這導致電力設(shè)備最終用戶的維護成本大幅降低。它們還提高了能源效率和消耗。更好的熱管理可以提高系統(tǒng)的性能。最后，精心設(shè)計的電子電路具有所有最佳熱管理標準，可以保護其電子元件，使其使用壽命更長。因此，整個系統(tǒng)的維護也大大減少。