体积更小、功率更大、性能更高，是直流/直流模块电源（DC/DC-Power-Supply-Modules）领域的时尚用语。对产生的热进行良好的热管理已成为设计流程的重要部分。但需要怎么做呢？

任何能量转换过程的效率始终低于100%已成为无可争辩的事实。这意味着部分转换的能量转换成其他形式的能量，换句话说，转换成了热能，并且最终必须消除这些浪费的热能。热力学定律表明，热能只能从温度较高的环境流向温度较低的环境。

因此，对于直流/直流转换器，这意味着如果内部热是由模块散热产生的，则环境温度必须始终低于允许的最大内部温度。温差越小，损失的热能就越小，从而转换器的温度便会越来越高。

但计算时要参考数据表中的哪些温度规格？RECOM在其数据表中公布了两个值：有或无数值降低的“工作温度范围”以及“最大外壳温度”。有些制造商甚至说这两个值相同。

直流/直流模块的外壳（表面）温度一般规定为+100°C 或+105°C。最初该值显示的非常高；但这一数字不仅包括通过内部损失导致的自升温，而且还包括环境温度本身。

请记住：外壳表面与环境之间的温差越小，可散失到环境中的热量越小。如果转换器具有较高的内部损失，则与内部损失较小的转换器相比，它受较小温差的影响会更大。内部损失主要通过晶体管中的开关损失、整流损失、变压器中的铁芯损失以及线圈与轨道中的电阻损失产生的。允许的最大内部温度取决于变压器铁芯材料的Curie温度、开关晶体管与整流二极管中的最大结温，以及电容器的最大工作温度。

为实现最佳内部热环境，RECOM转换器使用导热环氧树脂加以完全封装，以便使集中的热源在整个转换器中均匀传导。该环氧树脂具有400mWmK-1的低导热性，可确保将内部产生的热有效传导到外壳的外表面。通过安装外部散热片可进一步降低对环境的热阻。

RECOM说明了最小及最大环境工作温度，因为这对最终用户来说是最容易测量和监控的。其优点是在实际应用中可测量真实环境温度并且无需对其进行理论计算，其结果对密封的以及允许冷却气流通过的开放结构均是有效的。此外，测量的外壳温度还可用于决定尺寸适宜的散热片，以便在最大环境温度下不会超过最大外壳温度。

不过还可通过数学方法推导出内部损失及热阻。针对这些计算，可修改R=V/I的欧姆定律，以便使R变成热阻，V变成温度，I变成功耗。从而可得出以下等式：
R _{THcase-ambient} = (Tcase - Tambient) / P_dissipation
P_dissipation = P_in - P_out = P_out /η_(oper) - P_out

其中，R _{THcase-ambient}代表外壳到周围环境的热阻抗，T_case代表外壳温度，T_ambient代表环境温度，P_dissipation代表内部损失，P_in代表输入功率，P_out代表输出功率，
η_(oper)代表给定工作条件下的效率。

在以上公式的帮助下，可计算一系列给定工作条件下的允许最大环境温度，但记住，效率取决于输出负载与输入电压（请参考图1、图2），这一点很重要。这些公式还证明了外壳温度与工作温度不同，而不是像通常所说的那样二者相同。

图1：最小、正常及最大输入电压下的效率与负载电流

图2：在最小、50%及100%负载下的效率与输入电压。

如果散热计算表明直流/直流模块会在预期的环境工作温度下过热，则仍有许多选择可解决这一问题。

一种选择是降低转换器的额定值，也就是说，使用低于满载运行的功率更高的转换器。数据表中的额定值降低图表实质上定义了工作温度范围内任何给定温度下的最大负载。额定值降低曲线实际上并非像大多数数据表中所说明的那样呈线性。但可信赖的制造商会始终选择稳妥的做法，以便使用户在实践中能够放心地依赖给定值。

如果该转换器采用塑料外壳，则可选择具有相同额定功率的下一个最大外壳尺寸，以增加可用的表面面积。但一定要谨慎，不要降低效率，否则不会实现净增益。

如果该转换器具有金属外壳，则添加散热片会非常有效，尤其是与风冷系统结合使用。

如果散热片与风扇冷却系统结合使用，则热阻等式变成：
R _{THcase-ambient} = R _THcase-HS + R _THHS-ambient
其中：R _{THcase-ambient}代表外壳到周围环境的热阻抗，R _THcase-HS代表外壳到散热片的热阻抗，R _THHS-ambient代表散热片到环境的热阻抗。

R _THHS-ambient的值结合了散热片的热阻，以及用于实现与外壳更出色热接触的任何导热剂或硅垫片的热阻。如果没有应用这些辅助物，则必须单独将散热片的热阻加上约0.2K/W的值。在确定R _THHS-ambient的值时，还需要知道向散热片送入了多少空气。这些值通常以lfm（每分钟直线英尺）为单位，并且由风扇制造商说明。换算为m/s为100lfm = 0.5m/s。

这是对遇到热管理问题的所有用户的基本概述，但它涉及了需要考虑的几个要点。但如果您的计算或测量结果是在分界线，则必须更深入地检查该问题。因此，例如，垂直和水平安装的模块之间、静态空气及自由对流空气与低大气压下的空气之间存在热性能差异。但调查所有这些因素会在本文中占用太多空间。

作者简介：
Carl Schramm，可靠性实验室经理，RECOM Development & Trading GmbH & Co KG.
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