電氣工程師提到“電源管理”這個詞時，大多數人會想到MOS管、轉換器、變壓器等。其實，電源管理遠不止這些。

電源工作時會發熱，持續的溫升會引起性能的變化，最終可能導致系統故障；另外，熱量也會縮短組件壽命，影響長期可靠性。因此，電源管理也涉及熱管理。

關于熱管理，有兩個觀點有必要了解一下：

1. “微觀”問題：單個組件由于發熱過多而過熱，但系統的其余部分及外殼溫度在限制范圍內；
2. “宏觀”問題：由于多個熱源的熱量累積導致整個系統溫度過高。

工程師需要確定熱管理問題有多少屬于微觀，多少屬于宏觀，以及兩者間的關聯程度。簡單理解就是，一個發熱組件，即便溫升超過了其允許的極限導致整個系統升溫，不一定意味著整個系統過熱，但該組件產生的多余熱量必須散出去。

那么熱量要散去哪？澳门马会传真13262CC-13262cc马会传真论坛网-马会传真论坛13262Com-马会传真576969con-www13262com马会传真散到較冷的地方，可以是系統和機箱的相鄰部分，也可以是機箱外部（僅當外部比內部溫度低時才有可能）。

熱管理解決方案

熱管理遵循物理學基本原理，熱傳導有三種方式：輻射、傳導和對流。澳门马会传真13262CC-13262cc马会传真论坛网-马会传真论坛13262Com-马会传真576969con-www13262com马会传真對于大多數電子系統來說，實現所需的冷卻是先以傳導的方式讓熱量離開發熱源，然后再以對流的方式將其傳遞到其他地方。

進行熱設計時需要將各種熱管理硬件結合起來，以有效地實現所需的傳導和對流。澳门马会传真13262CC-13262cc马会传真论坛网-马会传真论坛13262Com-马会传真576969con-www13262com马会传真最常用的散熱元件有三個：散熱器、熱管和風扇。散熱器和熱管是無需電源的無源冷卻系統，而風扇是一種有源的強制風冷系統。

散熱器

散熱器是鋁或銅結構，可通過傳導作用從熱源獲取熱量，并將熱量傳到氣流（在某些情況下，傳到水或其他液體）中以實現對流。

各種類型的散熱器

散熱器有數千種尺寸規格和形狀，從連接單個晶體管的小型沖壓金屬翅片到具有許多可以攔截對流空氣流并將熱量傳輸到該氣流的翅片（指形）的大型擠壓件。散熱器具有沒有移動部件、運行成本、故障模式等優勢。一旦散熱器連接到熱源，隨著暖空氣上升，對流就會自然而然地發生，從而開始并持續形成氣流。

盡管散熱器易于使用，但也存在一些弊端：

1. 傳輸大熱量的散熱器體積大、成本高、重量大，且必須正確放置，會影響或限制電路板的物理布局； 
2. 翅片可能被氣流中的灰塵堵塞，降低效率；
3. 必須正確連接到熱源上，才能使熱量暢通地從熱源流向散熱器。

熱管

它是熱管理套件的另一個重要器件，不需要任何形式的主動強制機制就可以將熱量從 A 點傳送到 B 點。包含燒結芯和工作流體的密封金屬管，本身不作為散熱器，作用是從熱源吸收熱量并將其傳送到較冷的區域。當熱源附近沒有足夠的空間放置散熱器或氣流不足時便可以使用熱管。

熱管工作效率高，可以將熱量從源頭傳送到更便于管理的地方。其工作原理簡單而巧妙：

熱源在密封管內將工作流體轉變成蒸汽，而蒸汽帶著熱量傳遞到熱管的較冷端。在這一端，蒸氣冷凝成液體并釋放出熱量，而流體再返回到較熱端。澳门马会传真13262CC-13262cc马会传真论坛网-马会传真论坛13262Com-马会传真576969con-www13262com马会传真這種氣-液形態轉變過程是連續運行的，且僅由冷端和熱端的溫度差驅動。在冷端連接散熱器或其他冷卻裝置可以解決氣流受阻的局部熱點的散熱問題。

風扇

它是拋開無源散熱器和熱管，走向強制風冷的有源散熱裝置的第一步，但風扇也有讓人頭痛的地方：

1. 增加成本，需要空間，增加了系統噪音；
2. 容易發生故障，消耗能量并影響整個系統的效率。

但在很多情況下，尤其是當氣流路徑彎曲、垂直或不暢通時，它們通常是獲得足夠氣流的唯一途徑。定義風扇能力的關鍵參數是每分鐘空氣的單位長度或單位體積流量。不過物理尺寸是一個問題：低轉速大風扇可以產生與高轉速小風扇相同的氣流，因此存在尺寸與速度的取舍平衡。

建模及綜合仿真

單獨的無源系統尺寸較大，但更可靠高效，而風扇可以在不能單獨使用無源冷卻的情況下發揮作用。到底選哪種系統進行散熱，往往是一個困難的決定。這時候需要通過建模和仿真來確定需要多少冷氣以及如何實現冷卻，它對高效熱管理策略至關重要。

對于微型模型來說，熱源及其熱量流通路徑的特征在于它們的熱阻，而熱阻由其使用的材料、質量和尺寸決定。建模顯示熱量如何從熱源流出，也是評估因自身散熱而導致熱事故組件的第一步。例如高散熱 IC、MOSFET 和IGBT等器件供應商通常會提供熱模型，這些模型能夠提供從熱源到器件表面的熱路徑細節。

一旦各組件的熱負載已知，下一步就是宏觀層面建模，這既簡單又復雜：澳门马会传真13262CC-13262cc马会传真论坛网-马会传真论坛13262Com-马会传真576969con-www13262com马会传真通過各種熱源的氣流調整大小以將其溫度保持在允許的限值以下；使用空氣溫度、非強制氣流可用流量、風扇氣流量和其他因素進行基本計算大致了解溫度狀況。

接下來就是使用各熱源的模型及位置、PC 板、外殼表面和其他因素，對整個產品及其封裝進行更復雜的建模。

最后，建模還要解決兩個問題：

1. 峰值與平均耗散的問題。例如熱耗散持續為 1W 的穩態組件與熱耗散 10W 但具有10％間歇占空比的器件具有不同的熱影響。也就是說平均熱耗散相同，相關的熱質量和熱流量會產生不同的熱分布。大多數 CFD 應用程序可以將靜態與動態結合起來進行分析。
2. 組件及微型模型表面間物理連接的不完善性，例如 IC 封裝頂部與散熱器之間的物理連接。如果連接有微小的間距，這條路徑的熱阻就會增加，需要在接觸之面填充導熱墊片增強路徑的導熱性。

熱管理可降低電源中元件及內部環境的溫度，可延長產品使用壽命，提高可靠性。但熱管理是一個整合的概念，如果分解到細枝末節，是一個龐大的課題。它涉及尺寸、功率、效率、重量、可靠性以及成本等方面的權衡，必須對項目的優先級和約束條件進行評估。

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