【应用】电源太热啦?通过UL防火等级测试的高导热绝缘材料帮您

2017-01-11 世强 齐凌杰

【摘要】为了提高电子设备的可靠性和安全性,开关电源必须考虑导热性能和绝缘特性。LAIRD的导热绝缘材料Tgard 200系列,导热系数为5W/m•K,是空气导热系数0.03的166倍,绝缘强度>6000V,并且通过了UL防火等级测试,非常适合应用在电源模块中。

开关电源为各种电子设备提供能量,其散热设计非常重要,因为如果温升超过元器件允许的温度范围,输出将产生很大的漂移,效率降低,乃至电源烧毁,使整个系统瘫痪。


因此,为了提高电子设备的可靠性,开关电源必须考虑散热设计。散热设计就是采用热传递技术将元器件自身的温度控制到所要求的温度范围内。热传递一般包括传导、辐射、对流三种途径。


散热设计中,根据具体情况,选择适当的途径将热量传递出去,达到元器件降温的目的,同时根据发热元器件的功率密度和要求的热阻来考虑冷却的方式。因为在电源散热设计中,辐射散热效率太低,而对流散热需要流体发挥作用来将热量带走,对应用场合要求很高(当然对于一些体积无限制,发热量大的电源模块可以采用,本文不予以讨论),故在电源设计中传导散热应用较为广泛。


热量引起足够的温升,而温升又是与热量成正比的,越热意味着温升越高。热阻越大,温升越高。

类似于电路中的欧姆定律,引入热阻

热阻:

式中::材料两端高低温温差(℃);Q:热量(W)


发热体产生的热量,通过导热介质向低温区传导,可等效于一个均匀圆柱的传递过程,传递热量的大小与圆柱的导热率和几何尺寸有关。结合导热定律(傅里叶导热公式):




K:导热率(Wcm·℃);
A:材料的截面积(cm2);
L:导热路径长度(m)


从上述公式中可以看出材料的导热率(系数)与热阻成反比。


使用高倍显微镜可以看到两种物体直接接触时的实际情况如下图所示。


图1:普通刚性物体表面接触的实际情况


从图中可以看到,实际上两种普通的刚性物体表面接触时,总是会有间隙,如果是空气,其导热系数约为0.03 W/m•K,这是一个非常低的值,无法达到要求。我们可以采用LAIRD的导热材料做介质,挤出空气,以Tgard 200系列为例,其导热系数为5W/m•K,可以大幅度提高导热效率。


用在电源中的导热材料,还有一点必须要考虑,那就是绝缘性能。如果出现意外的漏电,也会引起严重的后果。因此用于电源模块中的导热材料,也要求带有绝缘特性。通常情况下,电力设备的绝缘强度用击穿电压来表示。


Laird公司的Tgard 200系列可以完美符合上述要求,非常适合应用在电源模块中。其特点和优势包括:
5W/mK的高导热系数
大于6000V的(交流)的高绝缘强度
具备防撕裂和抗击穿能力
UL94V0的阻燃等级


值得一提的是,Tgard 200系列通过了UL94V0的阻燃等级。在有未知安全隐患的电路中又多了一层保障。对于要求大于8000V击穿电压的应用场合,Tgard 200系列也有满足要求的Tgard 220,其击穿电压值甚至大于1万伏。



从以上指标可以看出,Laird公司的 T-gard系列非常适合应用在电源模块中。首先它会挤出空气,大幅度提高导热效率,其导热系数是空气的166倍。另外其绝缘性非常好,可以满足电源模块不同档次击穿电压的要求。在满足导热绝缘性能的基础上,很不幸还是起火了,通过UL防火等级测试的导热材料还是能帮你减少或延缓损失。

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