白皮書

組件雙面散熱時代的散熱設計

電源系統的散熱問題可能比以往任何時候都更重要：儘管縮短設計週期，滿足了極具挑戰性的上市時間要求，但仍需滿足更高的能源效率、更高的輸出功率以及更高的功率密度要求。雖然散熱設計的挑戰並不是什麼新鮮事，但它給電源工程師帶來的挑戰有增無減。

Vicor Chip 封裝技術支持器件雙面散熱，在電源系統散熱設計中掀起了一場革命。儘管這可顯著提高散熱效率，實現前所未有的功率密度，但這種方法會增加散熱設計及熱量計算的複雜性。

所幸目前已發佈了一些工具和白皮書，即便是性能最高的組件，電源系統設計人員也能借此從根本上簡化其散熱設計。

散熱方法

如果一款組件散熱不充分，內部半導體的結溫可能會升高到導致運行錯誤或永久性故障的程度。電源組件有三種基本散熱方法，每一種都利用了熱量從高溫區流向低溫區這一自然現象：

• 輻射 — 通過電磁波傳遞熱量
• 傳導 — 通過固體介質相接觸傳遞熱量
• 對流 — 通過流體（通常是空氣）傳遞熱量

雖然這三種方法在設計散熱解決方案時都應該考慮，但電源工程師執行散熱設計的主要方法是增加散熱片，以提供傳導散熱並讓空氣流動起來，形成對流。

提高對流散熱的方法是：使用風扇強制讓空氣通過系統，增大氣流。然而，風扇將增加系統成本和尺寸，增大噪聲，其可能也是系統最不可靠的部件，因此儘量避免強制風冷這種散熱方法。

Vicor 熱量計算器

散熱設計的第一階段通常需要使用Vicor 熱量計算器。該工具可幫助您計算最大輸出功率、最大熱阻、最高環境溫度或溫升。雖然這款工具相對比較簡單，但能夠幫助電源設計人員瞭解他們必須應對的挑戰，並能幫助他們搞清楚實現所需散熱的複雜程度。

熱電路模型

熱電路模型是計算所有散熱系統性能非常有效的方式。Vicor發表的白皮書介紹了在熱計算中如何使用電路模型，並全面介紹了該技術。這些模型將電路元器件用作模擬熱特徵組件：電阻器表示熱阻抗，將電流源用於替代熱源並使用電壓源對溫度源進行仿真。該方法可簡化分析，允許工程師使用熟悉的電路元器件。

不同的封裝需要不同的熱電路模型，才能反映其構造。具體來說，可提供雙面散熱的 ChiP 封裝模型將不同於只可一面散熱的傳統電源模組。一份現已發表的白皮書文獻介紹了不同 Vicor電源封裝的熱電路模型。

熱仿真

雖然電路模型是分析散熱設計的有效途徑，但人工計算會非常耗時。幸運的是，Vicor 仿真器工具包含仿真熱性能的功能，工程師只需點擊幾下鼠標，就能準確確定工作條件。

該仿真工具簡單易用，Vicor 系統應用工程師 Mike DeGaetano 最近主持的網絡研討會，介紹瞭如何通過仿真創建溫升更低的系統。

我們的在線工具包含一些強大的功能，可針對不同條件、散熱器甚至冷壁式散熱技術的使用進行仿真。查看最近的一篇博客文章，瞭解如何最大限度發揮 Vicor 散熱仿真的優勢。

極限散熱解決方案

有時，只有採取積極有效的措施，才能在高性能系統內實現所需的散熱量。在 2018 年開放式計算項目峯會上，Vicor 和 3M 共同演示了一種克服空氣導熱係數相對較低的方法，即液浸式冷卻。雖然這種方法通常侷限於超級計算等應用，但冷卻劑流過電源組件的視頻仍然令人震撼！

採用 Vicor 創新封裝技術進行設計

作爲提供高性能、高密度電源組件的領導者，Vicor 開創了全新電源封裝技術。廣泛的工程設計工作以及極爲嚴格的散熱測試方法幫助我們實現了 ChiP 和 VIA 封裝等技術創新。