Termička konstrukcija napajanja

Termalni problem energetskog modula će ozbiljno naštetiti pouzdanosti modula, a stopa kvarova proizvoda će se eksponencijalno povećati. Šta da radim ako se modul za napajanje zagreje? Iz perspektive termičkog dizajna modula, ovaj članak vas upoznaje sa različitim dizajnom izvora napajanja s niskim temperaturama, visokopouzdanim i aplikativnim rješenjima.

Visoka temperatura ima veliki uticaj na pouzdanost energetskih modula velike gustine snage. Visoka temperatura će uzrokovati smanjenje vijeka trajanja elektrolitskih kondenzatora, izolacijske karakteristike emajliranih žica transformatora, oštećenje tranzistora, termičko starenje materijala, pucanje šavova niske točke topljenja, otpadanje lemnih spojeva i povećanje mehaničkog naprezanja između uređaja. Statistike pokazuju da za svakih 2°C porasta temperature elektronskih komponenti, pouzdanost se smanjuje za 10%.

Kako dizajnirati termalna rješenja?

Smanjite gubitke iz strukture kola i komponenti: kao što je usvajanje boljih metoda i tehnologija upravljanja, tehnologije mekog preklapanja visoke frekvencije, tehnologije upravljanja pomakom faze, tehnologije sinkronog ispravljanja, itd., pored odabira komponenti male snage za smanjenje broj komponenti za grijanje, Povećajte širinu debele ispisane linije kako biste poboljšali efikasnost napajanja;

Pakovanje komponenti ima veliki uticaj na porast temperature komponenti. Na primjer, zbog razlike u tehnologiji, DFN upakovane MOS cijevi lakše odvode toplinu nego DPAK (TO252) upakovane MOS cijevi. Pod istim uslovima gubitka, porast temperature prvog će biti relativno mali. Općenito, što je veći otpor paketa, veća je nazivna snaga, a pod istim uvjetima gubitka, porast temperature površine će biti manji.

Ponekad se čini da su parametri kola i performanse normalni, ali u stvari se kriju veliki problemi. Kao što je prikazano na slici 3, nema problema sa osnovnim performansama određenog kola, ali na sobnoj temperaturi, površinska temperatura pokretačkog otpornika MOS cevi dostigla je 95,2°C kada se meri infracrvenim termovizirom. U uslovima dugotrajnog rada ili okruženja visoke temperature, vrlo je lako doći do problema sagorevanja otpora i oštećenja modula. Podešavanjem parametara kola smanjuje se omski gubitak toplote otpornika, a paket otpornika se menja sa 0603 na 0805, što značajno smanjuje temperaturu površine.

PCB dizajn optimiziran termički dizajn

Površina bakrene kože PCB-a, debljina bakrene kože, materijal ploče i broj slojeva PCB-a utječu na rasipanje topline modula. Često korišćena ploča FR4 (epoksidna smola) je materijal dobre toplotne provodljivosti, a toplota komponenti na PCB-u može se disipirati kroz PCB. U specijalnim primenama postoje i ploče sa nižim toplotnim otporom kao što su aluminijumske podloge ili keramičke podloge.

Raspored i usmjeravanje PCB-a također treba uzeti u obzir rasipanje topline modula:

Komponente sa velikom proizvodnjom toplote treba da izbegavaju raspored slaganja i pokušaju da zadrže toplotu ravnomerno raspoređenu na ploči;

Komponente osjetljive na toplinu posebno treba držati dalje od izvora topline;

Koristite višeslojni PCB kada je potrebno;

Stražnja strana elementa za napajanje je presvučena bakrenom ravninom za odvođenje toplote, a koriste se"vruće rupe" za prijenos topline s jedne strane PCB-a na drugu.

Koristite efikasniju tehnologiju odvođenja topline: koristite tehnologiju provodljivosti, zračenja i konvekcije za prijenos topline, uključujući korištenje radijatora, zračno hlađenje (prirodna konvekcija i prisilno hlađenje zraka), hlađenje tekućinom (voda, ulje), termoelektrično hlađenje, toplinske cijevi, itd.

U termičkom dizajnu morate obratiti pažnju i na:

Za energetske module sa širokonaponskim ulazom, tačke grijanja i distribucija topline visokonaponskog i niskonaponskog ulaza su potpuno različite, te je potrebna sveobuhvatna procjena. Točku grijanja i distribuciju topline tokom zaštite od kratkog spoja također treba procijeniti;

U modulima napajanja za zalivanje, ljepilo za zalivanje je materijal sa dobrom toplinskom provodljivošću. Povećanje površinske temperature unutrašnjih komponenti modula će se dodatno smanjiti.

Pored gore navedenih tehnika termičkog dizajna napajanja, izolovani DC-DC moduli za napajanje visokih performansi se takođe mogu direktno odabrati, koji mogu brzo da obezbede visoko pouzdano rešenje za izolaciju napajanja za sistem. Na osnovu akumulacije skoro 20 godina iskustva u dizajnu napajanja, ZHIYUAN Electronics je samostalno razvio i dizajnirao nezavisne IC-ove za napajanje kako bi stvorio P seriju optimiziranih DC-DC izvora napajanja za sve radne uvjete kako bi zadovoljio potrebe svih radnih. uslovima i korisnicima pružiti stabilan i kvalitetan plan rješenja za napajanje. U poređenju sa tradicionalnim rešenjima, IC za autonomno napajanje kompanije ZHIYUAN Electronics integriše zaštitne funkcije kao što su zaštita od kratkog spoja i zaštita od previsoke temperature. Ima veću integraciju i pouzdanost, osiguravajući visoku efikasnost i stabilno napajanje u svim radnim uvjetima, a korisnicima može pružiti I/O i komunikaciju. Aplikacije kao što je izolacija pružaju standardna i pouzdana rješenja za napajanje.