Toplinski dizajn napajanja

Toplinski problem energetskog modula ozbiljno će naštetiti pouzdanosti modula, a stopa kvarova proizvoda će se eksponencijalno povećati. Što trebam učiniti ako se modul za napajanje zagrije? Iz perspektive toplinskog dizajna modula, ovaj članak vas upoznaje s različitim projektiranjem i rješenjima primjene pri niskim temperaturama, visokopouzdanim izvorima napajanja.

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

Kako projektirati toplinska rješenja?

Smanjite gubitke iz strukture kruga i komponenti: kao što je usvajanje boljih metoda i tehnologija upravljanja, tehnologije mekog preklapanja visoke frekvencije, tehnologije upravljanja s pomakom faze, tehnologije sinkronog ispravljanja, itd., uz odabir komponenti male snage za smanjenje broj komponenti za grijanje, Povećajte širinu debele tiskane linije kako biste poboljšali učinkovitost napajanja;

Pakiranje komponenti ima veliki utjecaj na porast temperature komponenti. Na primjer, zbog razlike u tehnologiji, DFN pakirana MOS cijev lakše odvodi toplinu nego DPAK (TO252) pakirana MOS cijev. Pod istim uvjetima gubitka, porast temperature prvog bit će relativno mali. Općenito, što je veći otpor paketa, to je veća nazivna snaga, a pod istim uvjetima gubitka, porast temperature površine će biti manji.

Ponekad se čini da su parametri kruga i performanse normalni, ali zapravo se kriju veliki problemi. Kao što je prikazano na slici 3, nema problema s osnovnim performansama određenog kruga, ali na sobnoj temperaturi površinska temperatura pokretačkog otpornika MOS cijevi dosegla je 95,2°C kada se mjeri infracrvenom termovizirom. Pri dugotrajnom radu ili visokom temperaturnom okruženju vrlo je lako doći do problema izgaranja otpora i oštećenja modula. Prilagodbom parametara kruga smanjuje se omski gubitak topline otpornika, a paket otpornika se mijenja iz 0603 na 0805, što uvelike smanjuje temperaturu površine.

Dizajn PCB-a optimiziran toplinski dizajn

Površina bakrene kože PCB-a, debljina bakrene kože, materijal ploče i broj slojeva PCB-a utječu na rasipanje topline modula. Često korištena ploča FR4 (epoksidna smola) je materijal dobre toplinske vodljivosti, a toplina komponenti na PCB-u može se raspršiti kroz PCB. U posebnim primjenama postoje i ploče s nižim toplinskim otporom kao što su aluminijske podloge ili keramičke podloge.

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

Komponente s velikim stvaranjem topline trebale bi izbjegavati raspored slaganja i nastojati zadržati toplinu ravnomjerno raspoređenu na ploči;

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

Koristite višeslojni PCB kada je potrebno;

Stražnja strana elementa za napajanje je presvučena bakrenom ravninom za rasipanje topline i koristite"vruće rupe" za prijenos topline s jedne strane PCB-a na drugu.

Koristite učinkovitiju tehnologiju odvođenja topline: koristite tehnologiju vodljivosti, 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 toplinskom dizajnu također morate obratiti pažnju na:

Za energetske module sa širokonaponskim ulazom, točke grijanja i distribucija topline visokonaponskog ulaza i niskonaponskog ulaza potpuno su različite, te je potrebna sveobuhvatna procjena. Također treba procijeniti točku grijanja i raspodjelu topline tijekom zaštite od kratkog spoja;

U energetskim modulima za zalivanje, ljepilo za zalivanje je materijal dobre toplinske vodljivosti. Povećanje površinske temperature unutarnjih komponenti modula dodatno će se smanjiti.

Osim gore spomenutih tehnika toplinskog dizajna napajanja, visokoučinkoviti izolirani DC-DC moduli napajanja također se mogu izravno odabrati, koji mogu brzo pružiti visoko pouzdano rješenje za izolaciju napajanja za sustav. Na temelju akumulacije gotovo 20 godina iskustva u dizajnu napajanja, ZHIYUAN Electronics je samostalno razvio i dizajnirao neovisne IC-ove za napajanje kako bi stvorio P seriju optimiziranih DC-DC izvora napajanja za sve radne uvjete kako bi zadovoljio potrebe svih radnih uvjetima i korisnicima pružiti stabilan i kvalitetan plan rješenja napajanja. U usporedbi s tradicionalnim rješenjima, IC autonomnog napajanja ZHIYUAN Electronics integrira zaštitne funkcije kao što su zaštita od kratkog spoja i zaštita od previsoke temperature. Ima veću integraciju i pouzdanost, osiguravajući visokoučinkovito 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.