高溫對功率密度高的電源模塊的可靠性影響極其大。高溫會(huì )導致電解電容的壽命降低，變壓器漆包線(xiàn)的絕緣特性降低，晶體管損壞，材料熱老化，焊點(diǎn)脫落等現象。有統計資料表明，電子元件溫度每升高2℃，可靠性下降10%。對于電源模塊的熱設計，它包括兩個(gè)層面：降低損耗和改善散熱條件。
一、元器件的損耗
損耗是產(chǎn)生熱量的直接原因，降低損耗是降低發(fā)熱的根本。市面上有些廠(chǎng)家把發(fā)熱元件包在模塊內部，使得熱量散不出去，這種方法有點(diǎn)自欺欺人。降低內部發(fā)熱元件的損耗和溫升才是硬道理。
電源模塊熱設計的關(guān)鍵器件一般有：MOS管、二極管、變壓器、功率電感、限流電阻等。其損耗如下：
1、 MOS管的損耗：導通損耗、開(kāi)關(guān)損耗（開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗）；
2、 整流二極管的損耗：正向導通損耗；
3、 變壓器、功率電感：鐵損和銅損；
4、 無(wú)源器件（電阻、電容等）：歐姆熱損耗。
二、熱設計
在設計的初期，方案選擇、元器件選擇、PCB設計等方面都要考慮到熱設計。
1、方案的選擇
方案會(huì )直接影響到整體損耗和整體溫升的程度。
2、元器件的選擇
元器件的選擇不僅需要考慮電應力，還要考慮熱應力，并留有一定降額余量。降額等級可以參考《國家**標準——元器件降額準則GJB/Z35-93》，該標準對各類(lèi)元器件的各等級降額余量作了規定。設計一個(gè)穩定可靠的電源，實(shí)在不能任性，必須好好照著(zhù)各元件的性子，設計、降額、驗證。圖 1為一些元件降額曲線(xiàn)，隨著(zhù)表面溫度增加，其額定功率會(huì )有所降低。
元器件的封裝對器件的溫升有很大的影響。如由于工藝的差異，DFN封裝的MOS管比DPAK（TO252）封裝的MOS管更容易散熱。前者在同樣的損耗條件下，溫升會(huì )比較小。一般封裝越大的電阻，其額定功率也會(huì )越大，在同樣的損耗的條件下，表面溫升會(huì )比較小。
設計中，要評估的電阻一般有MOS管的限流檢測電阻、MOS管的驅動(dòng)電阻等。限流電阻一般使用1206或更大的封裝，多個(gè)并聯(lián)使用。驅動(dòng)電阻的損耗也需要考慮，否則可能導致溫升過(guò)高。
有時(shí)，電路參數和性能看似正常，但實(shí)際上隱藏很大的問(wèn)題。如圖 2所示，某電路基本性能沒(méi)有問(wèn)題，但在常溫下，用紅外熱成像儀一測，不得了了，MOS管的驅動(dòng)電阻表面溫度居然達到95.2℃。長(cháng)期工作或高溫環(huán)境下，極易出現電阻燒壞、模塊損壞的問(wèn)題?？梢?jiàn)，研發(fā)過(guò)程中使用熱成像儀測試元器件的溫度尤其重要，可及時(shí)發(fā)現并定位問(wèn)題點(diǎn)。通過(guò)調整電路參數，降低電阻的歐姆熱損耗，且將電阻封裝由0603改成0805，大大降低了表面溫度。
3、PCB設計
PCB的銅皮面積、銅皮厚度、板材材質(zhì)、PCB層數都影響到模塊的散熱。常用的板材FR4（環(huán)氧樹(shù)脂）是很好的導熱材料，PCB上元器件的熱量可以通過(guò)PCB散熱。特殊應用情況下，也有采用鋁基板或陶瓷基板等熱阻更小的板材。
PCB的布局布線(xiàn)也要考慮到模塊的散熱：
（1） 發(fā)熱量大的元件要避免扎堆布局，不要哪里“熱”鬧，就往哪里湊，盡量保持板面熱量均勻分布；
（2） 熱敏感的元件尤其應該“哪邊涼快哪邊去”；
（3） 必要時(shí)采用多層PCB；
（4） 功率元件背面敷銅平面散熱，并用“熱孔”將熱量從PCB的一面傳到另一面。熱孔的孔徑應很小，大約0.3mm左右，熱孔的間距一般為1mm~1.2mm。功率元件背面敷銅平面加熱孔的方法，可以起到很好的散熱效果，降低功率元件的表面溫升。如圖 3所示，上面兩圖為沒(méi)有采用此方法時(shí)，MOS管表面溫度和背面PCB的溫度；下面兩圖為采用“背面敷銅平面加熱孔”方法后，MOS管表面溫度和背面銅平面的溫度?？梢钥闯觯?
a) MOS管表面溫度由98.0℃降低了22.5℃；
b) MOS管與背面的銅平面的溫差大大減小，熱孔的傳熱性能良好。
熱設計時(shí)，還須注意：
1、 對于寬壓輸入的電源模塊，高壓輸入和低壓輸入的發(fā)熱點(diǎn)和熱量分布完全不同，需全 面評估。短路保護時(shí)的發(fā)熱點(diǎn)和熱量分布也要評估。
2、 在灌封類(lèi)電源模塊中，灌封膠是一種良好的導熱的材料。模塊內部元件的表面溫升會(huì )進(jìn)一步降低。即便如此，我們仍要測試高溫環(huán)境下內部元件的表面溫升，來(lái)確保模塊的可靠性。那怎么才能測試準確地測試內部元件的溫升呢？請查閱《ZLG是如何測試電源模塊內部的溫升的！》一文，文中有詳細的描述。