Pet tačaka elaborira termičko rešenje prekidačkog napajanja

Svi znamo da će se velika količina topline generirati kada sklopno napajanje radi. Ako se toplina ne može isprazniti na vrijeme i održati na razumnom nivou, to će biti pogođeno normalnim radom prekidačkog napajanja, a u ozbiljnim slučajevima će doći do oštećenja sklopnog napajanja. U cilju poboljšanja pouzdanosti prekidačkog napajanja, podijelit ću s vama nekoliko specifičnih rješenja za hlađenje za prekidačko napajanje danas.

Prekidački izvori napajanja se široko koriste u različitim vrstama trenutne elektronske opreme, a njihova gustina snage se stalno poboljšava. Visoka gustina snage je definisana od 25w/in3 u 1991. godini, 36w/in3 u 1994. godini, 52w/in3 u 1999. godini i 96w/in3 u 2001. godini. Da bi se poboljšala pouzdanost prekidačkog napajanja, termički dizajn je bitan i važan dio u projektovanju prekidačkog napajanja.

Ako je porast temperature unutar prekidačkog napajanja previsok, to će uzrokovati kvar temperaturno osjetljivih poluvodičkih uređaja, elektrolitskih kondenzatora i drugih komponenti. Kada temperatura pređe određenu vrijednost, stopa kvara se eksponencijalno povećava. Statistike pokazuju da se pouzdanost elektronskih komponenti smanjuje za 10 posto za svaka 2 stepena povećanja temperature; očekivani životni vek pri porastu temperature od 50 stepeni je samo 1/6 onog pri porastu temperature od 25 stepeni. Pored električnog naprezanja, temperatura je najvažniji faktor koji utiče na pouzdanost prekidača napajanja. Visokofrekventna prekidačka napajanja imaju grijaće elemente velike snage, a temperatura je jedan od najvažnijih faktora koji utječe na njihovu pouzdanost.

Kompletan termalni dizajn prekidačkog napajanja uključuje dva aspekta: jedan je kako kontrolisati proizvodnju toplote izvora toplote; drugi je način na koji se odvodi toplota koju generiše izvor toplote, tako da se porast temperature prekidačkog napajanja kontroliše unutar dozvoljenog opsega kako bi se osigurala pouzdanost prekidačkog napajanja.

1. Dizajn kontrole vrijednosti proizvodnje topline

Glavne komponente za grijanje u prekidačkom napajanju su poluvodičke prekidačke cijevi, energetske diode, visokofrekventni transformatori, filter induktori, itd. Različite komponente imaju različite metode kontrole proizvodnje topline. Električna cijev je jedan od uređaja s velikom proizvodnjom topline u visokofrekventnom prekidačkom napajanju. Smanjenje proizvodnje toplote može ne samo da poboljša pouzdanost cevi za napajanje, već i da poboljša pouzdanost prekidačkog napajanja i poboljša srednje vreme između kvarova (MTBF). ). Generiranje topline u prekidačkoj cijevi je uzrokovano gubitkom, a gubitak cijevi prekidača sastoji se od dva dijela: gubitka u procesu prebacivanja i gubitka u uključenom stanju. Stoga se mogu poduzeti sljedeće mjere za kontrolu i smanjenje topline.

1. Smanjite gubitak u uključenom stanju Gubitak u uključenom stanju može se smanjiti odabirom prekidača sa niskim otporom u uključenom stanju.

2. Gubitak prebacivanja uzrokovan je veličinom punjenja kapije i vremenom uključivanja. Da bi se smanjili gubici pri prebacivanju, može se odabrati uređaj sa većom brzinom prebacivanja i kraćim vremenom oporavka kako bi se smanjio gubitak komutacije.

3. Važnije je smanjiti gubitak dizajniranjem boljih metoda kontrole i tehnologije puferiranja. Na primjer, soft switching tehnologija može uvelike smanjiti ovaj gubitak.

4. Smanjite proizvodnju topline diode za napajanje. Općenito, ne postoji bolja tehnologija upravljanja koja bi smanjila gubitak AC ispravljača i snubber diode. Gubitak se može smanjiti odabirom visokokvalitetne diode.

5. Za ispravljanje sekundarne strane transformatora, može se odabrati efikasnija tehnologija sinhrone ispravljanja kako bi se smanjili gubici.

6. Za gubitke uzrokovane visokofrekventnim magnetskim materijalima, skin efekat treba izbjegavati što je više moguće. Za utjecaj uzrokovan skin efektom, za rješavanje problema može se koristiti metoda paralelnog namotavanja više žica tankih emajliranih žica.

2, termalni dizajn prekidačkog napajanja

Kako bi se toplina uređaja za grijanje što prije odvela, dizajn odvoda topline rasklopnog napajanja općenito se razmatra sa sljedećih aspekata: radijator, ventilator za hlađenje, metalna ploča, izolacijska ploča koja provodi toplinu itd. stvarnog dizajna, potrebno je sveobuhvatno primijeniti navedene metode za projektovanje napajanja prema zahtjevima kupca i samog proizvoda i najboljem omjeru isplativosti.

1. Dizajn hladnjaka poluvodičkih uređaja

Budući da je toplina koju generiraju poluvodički uređaji dominantna u prekidačkim izvorima napajanja, toplina uglavnom dolazi od gubitaka pri uključivanju, isključivanju i provodljivosti poluvodičkih uređaja. U smislu topologije kola, upotreba topologije konverzije nulte komutacije za generiranje rezonancije tako da se napon ili struja u krugu uključuje ili isključuje pri prelasku preko nule može minimizirati gubitak prebacivanja, ali ne može u potpunosti eliminirati gubitak prekidač cijevi, tako da korištenje odvođenja topline Uređaj je uobičajena i glavna metoda.

Osnovni principi odabira poluvodičkog hladnjaka prekidača za napajanje

(1) Osnovna osnova za odabir hladnjaka

Izbor hladnjaka za energetske poluvodičke uređaje treba sveobuhvatno razmotriti prema disipiranoj snazi ​​uređaja, toplinskom otporu između spoja i kućišta uređaja, kontaktnom toplinskom otporu i temperaturi rashladnog medija.

(2) Zahtjevi za silu pričvršćivanja između uređaja i hladnjaka

Da bi imao dobar termalni kontakt između uređaja i hladnjaka nakon montaže, on mora imati odgovarajuću instalacijsku silu ili instalacijski moment. A u praktičnim primenama, sloj toplotno provodljivog materijala se obično dodaje između uređaja i hladnjaka kako bi se poboljšala efikasnost prenosa toplote i smanjio toplotni otpor između njih.

(3) Nazivni uslovi hlađenja radijatora

Samohlađeni radijator: temperatura okoline ne bi trebalo da bude viša od 40 stepeni, rebra radijatora treba da budu postavljena okomito tokom ugradnje, a gornji i donji kraj ne bi trebalo da budu blokirani, tako da postoji dobro okruženje i kanal za prirodno konvekcija vazduha oko radijatora.

Vazdušno hlađeni radijator: Temperatura ulaznog vazduha se kontroliše ispod 40 stepeni, a brzina vetra na ulaznom kraju je poželjno 6 m/s.

Radijator vodenog hlađenja: temperatura ulazne vode nije viša od 35 stepeni. Brzina protoka vode se određuje prema ukupnoj potrebi topline za odvođenje topline i projektnoj temperaturnoj razlici između ulazne i izlazne vode.

(4) Sveobuhvatno razmatranje izbora radijatora

Pri odabiru radijatora treba sveobuhvatno razmotriti raspon kapaciteta odvođenja topline, način hlađenja, tehničke parametre i strukturne karakteristike radijatora. Za uređaj samo iz tehničkih parametara mogu postojati dva ili tri radijatora koji mogu zadovoljiti zahtjeve, ali to treba kombinovati sa hlađenjem i ugradnjom. , opća zamjenjivost i ekonomičnost su sveobuhvatno odabrani.

2. Ventilatorsko prirodno zračno hlađenje i prisilno zračno hlađenje

U stvarnom procesu projektiranja prekidačkog napajanja obično se koriste dva oblika prirodnog zračnog hlađenja i ventilatorskog hlađenja. Prilikom ugradnje prirodnog hladnjaka hlađenog zrakom, lopatice hladnjaka trebaju biti postavljene okomito prema gore. Ako je moguće, nekoliko otvora za ventilaciju može se izbušiti oko položaja ugradnje hladnjaka na PCB-u kako bi se olakšala konvekcija zraka.

Prinudno hlađenje zraka koristi ventilator za prisilno hlađenje zraka. Stoga, u dizajnu zračnog kanala, aksijalni smjer lopatica hladnjaka treba biti u skladu sa smjerom izduvavanja ventilatora. Da bi imali dobar efekat ventilacije, uređaji sa većim rasipanjem toplote treba da budu bliže Izduvnom ventilatoru, u slučaju ispušnog ventilatora, toplotni otpor hladnjaka je prikazan u tabeli ispod:

4. Metalni PCB

Uz minijaturizaciju prekidačkih izvora napajanja, komponente za površinsku montažu se široko koriste u stvarnim proizvodima, a u ovom trenutku je teško instalirati hladnjake na uređaje za napajanje. Trenutno, da bi se prevazišao ovaj problem, metalni PCB se uglavnom koristi kao nosilac energetskih uređaja, uglavnom uključujući bakrene laminate na bazi aluminijuma i bakrene laminate na bazi gvožđa. Postoji još jedan PCB sa bakrenim jezgrom. Srednji sloj podloge je izolacijski sloj od bakrene ploče, koji koristi epoksidnu platnu od staklenih vlakana visoke toplinske provodljivosti ili epoksidnu smolu visoke toplinske provodljivosti. Može montirati smd komponente na obje strane, a smd komponente velike snage mogu se zalemiti smd vlastiti hladnjak direktno na metalnu PCB i koristiti metalnu ploču u metalnoj PCB-u za odvođenje topline.

5. Raspored grijaćih elemenata

Glavni grijaći elementi u prekidačkom napajanju su poluvodiči velike snage i njihovi radijatori, transformatori za pretvaranje energije i otpornici velike snage. Osnovni zahtjev za raspored grijaćih elemenata je da se oni rasporede od malih do velikih prema stupnju stvaranja topline. Što je kalorijska vrijednost manja, to je veći smjer vjetra u zračnom kanalu za napajanje prekidača, uređaj s većom kaloričnom vrijednošću je bliži izduvnoj cijevi. fan.

Kako bi se poboljšala efikasnost proizvodnje, višestruki uređaji za napajanje često su fiksirani na isti veliki hladnjak. U ovom trenutku, hladnjak bi trebao biti postavljen što bliže rubu PCB-a. Međutim, udaljenost od kućišta ili drugih dijelova sklopnog napajanja mora biti najmanje 1 cm. Ako postoji nekoliko velikih hladnjaka na ploči, oni bi trebali biti paralelni jedan s drugim i paralelni sa smjerom vjetra zračnog kanala. U vertikalnom smjeru, uređaji sa malom proizvodnjom topline su raspoređeni u najnižem sloju, a uređaji sa velikom proizvodnjom topline u višim slojevima. Komponente koje stvaraju toplotu treba da budu postavljene što je dalje moguće od komponenti osetljivih na temperaturu, kao što su elektrolitski kondenzatori, na PCB rasporedu.

Sinda Thermal je profesionalni i iskusan proizvođač hladnjaka, možemo ponuditi različite vrste hladnjaka za globalne kupce, možemo ponuditi najkonkurentnije cijene i sjajne hladnjake, slobodno nas kontaktirajte ako imate bilo kakve toplinske zahtjeve.