V piatich bodoch je rozpracované tepelné riešenie spínaného zdroja

Všetci vieme, že pri fungovaní spínaného zdroja sa vytvorí veľké množstvo tepla. Ak sa teplo nedá včas odviesť a udržať na primeranej úrovni, bude ovplyvnená normálna prevádzka spínaného zdroja a vo vážnych prípadoch dôjde k poškodeniu spínaného zdroja. S cieľom zlepšiť spoľahlivosť spínaného zdroja sa s vami dnes podelím o niekoľko konkrétnych riešení chladenia spínaného zdroja.

Spínané zdroje sú široko používané v rôznych typoch súčasných elektronických zariadení a ich jednotková výkonová hustota sa neustále zlepšuje. Vysoká hustota výkonu je definovaná od 25w/in3 v roku 1991, 36w/in3 v roku 1994, 52w/in3 v roku 1999 a 96w/in3 v roku 2001. Na zlepšenie spoľahlivosti spínaného napájania je tepelný dizajn nevyhnutnou a dôležitou súčasťou pri návrhu spínaného zdroja.

Ak je nárast teploty vo vnútri spínaného zdroja príliš vysoký, spôsobí poruchu polovodičových prvkov citlivých na teplotu, elektrolytických kondenzátorov a iných komponentov. Keď teplota prekročí určitú hodnotu, poruchovosť sa exponenciálne zvyšuje. Štatistiky ukazujú, že spoľahlivosť elektronických komponentov klesá o 10 percent pri každom zvýšení teploty o 2 stupne; očakávaná dĺžka života pri zvýšení teploty o 50 stupňov je len 1/6 oproti dĺžke života pri zvýšení teploty o 25 stupňov. Okrem elektrického namáhania je najdôležitejším faktorom ovplyvňujúcim spoľahlivosť spínaných zdrojov teplota. Vysokofrekvenčné spínané zdroje majú vysokovýkonné vykurovacie telesá a teplota je jedným z najdôležitejších faktorov ovplyvňujúcich ich spoľahlivosť.

Kompletný tepelný návrh spínaného zdroja zahŕňa dva aspekty: jedným je spôsob riadenia výroby tepla zdroja tepla; druhým je spôsob odvádzania tepla generovaného zdrojom tepla tak, aby nárast teploty spínaného zdroja bol riadený v rámci prípustného rozsahu, aby sa zabezpečila spoľahlivosť spínaných zdrojov.

1. Návrh riadenia hodnoty generovania tepla

Hlavnými vykurovacími komponentmi spínaného zdroja sú polovodičové spínacie elektrónky, výkonové diódy, vysokofrekvenčné transformátory, filtračné tlmivky atď. Rôzne komponenty majú rôzne spôsoby riadenia tvorby tepla. Výkonová elektrónka patrí medzi zariadenia s veľkým vývinom tepla vo vysokofrekvenčnom spínanom zdroji. Zníženie jeho tvorby tepla môže nielen zlepšiť spoľahlivosť výkonovej elektrónky, ale aj zlepšiť spoľahlivosť spínaného napájacieho zdroja a zlepšiť strednú dobu medzi poruchami (MTBF). ). Vývin tepla spínacej trubice je spôsobený stratou a strata spínacej trubice pozostáva z dvoch častí: straty procesu spínania a straty v zapnutom stave. Preto je možné prijať nasledujúce opatrenia na kontrolu a zníženie tepla.

1. Znížte stratu v zapnutom stave Stratu v zapnutom stave možno znížiť výberom spínača s nízkym odporom v zapnutom stave.

2. Spínacia strata je spôsobená veľkosťou náboja brány a časom spínania. Na zníženie spínacej straty je možné zvoliť zariadenie s vyššou rýchlosťou spínania a kratším časom zotavenia, aby sa znížila spínacia strata.

3. Je dôležitejšie znížiť straty navrhnutím lepších metód riadenia a technológie vyrovnávania. Napríklad technológia mäkkého prepínania môže výrazne znížiť túto stratu.

4. Znížte tvorbu tepla výkonovej diódy. Vo všeobecnosti neexistuje lepšia technológia riadenia na zníženie strát AC usmerňovača a tlmiacej diódy. Stratu je možné znížiť výberom kvalitnej diódy.

5. Pre usmernenie sekundárnej strany transformátora je možné zvoliť účinnejšiu technológiu synchrónneho usmerňovania na zníženie strát.

6. Pri stratách spôsobených vysokofrekvenčnými magnetickými materiálmi by sa malo čo najviac zabrániť efektu kože. Pre vplyv spôsobený kožným efektom možno na vyriešenie problému použiť metódu paralelného navíjania viacerých prameňov tenkých smaltovaných drôtov.

2, tepelný dizajn spínaného zdroja

Aby sa teplo vykurovacieho zariadenia odviedlo čo najskôr, návrh odvodu tepla spínaného zdroja sa vo všeobecnosti posudzuje z nasledujúcich hľadísk: radiátor, chladiaci ventilátor, kovová doska plošných spojov, izolačný tepelne vodivý plech atď. skutočného návrhu, je potrebné komplexne aplikovať vyššie uvedené metódy pri návrhu napájacieho zdroja podľa požiadaviek zákazníka a samotného produktu a najlepšieho pomeru nákladovej efektívnosti.

1. Návrh chladiča polovodičových zariadení

Pretože teplo generované polovodičovými súčiastkami je dominantné v spínaných zdrojoch, teplo pochádza hlavne zo strát pri zapnutí, vypnutí a vedení polovodičových súčiastok. Pokiaľ ide o topológiu obvodu, použitie topológie konverzie s nulovým spínaním na generovanie rezonancie tak, aby sa napätie alebo prúd v obvode zapínal alebo vypínal pri prechode nulou, môže minimalizovať stratu spínania, ale nemôže úplne eliminovať stratu obvodu. spínacia trubica, takže použitie odvodu tepla Zariadenie je bežnou a hlavnou metódou.

Základné princípy výberu polovodičového chladiča výkonového spínača

(1) Základný základ pre výber chladiča

Výber chladiča pre výkonové polovodičové súčiastky by sa mal komplexne posudzovať podľa rozptýleného výkonu zariadenia, tepelného odporu prechodu k puzdru zariadenia, kontaktného tepelného odporu a teploty chladiaceho média.

(2) Požiadavky na upevňovaciu silu medzi zariadením a chladičom

Aby bol po montáži dobrý tepelný kontakt medzi zariadením a chladičom, musí mať vhodnú montážnu silu alebo montážny moment. A v praktických aplikáciách sa medzi zariadenie a chladič zvyčajne pridáva vrstva tepelne vodivého materiálu, aby sa zlepšila účinnosť prenosu tepla a znížil sa tepelný odpor medzi nimi.

(3) Menovité podmienky chladenia chladiča

Samochladiaci radiátor: teplota okolia by podľa možnosti nemala byť vyššia ako 40 stupňov, rebrá radiátora by mali byť počas inštalácie usporiadané vertikálne a horná a spodná koncová plocha by nemala byť blokovaná, aby sa vytvorilo dobré prostredie a kanál pre prirodzené konvekcia vzduchu okolo radiátora.

Vzduchom chladený radiátor: Teplota vstupného vzduchu je regulovaná pod 40 stupňov a rýchlosť vetra na vstupnom konci je výhodne 6 m/s.

Chladič vody: teplota vstupnej vody nie je vyššia ako 35 stupňov. Prietok vody sa určuje podľa celkovej potreby tepla na odvod tepla a návrhového rozdielu teplôt medzi vstupnou a výstupnou vodou.

(4) Komplexné zváženie výberu vykurovacích telies

Pri výbere radiátorov by sa mal komplexne zvažovať rozsah kapacity odvodu tepla, spôsob chladenia, technické parametre a konštrukčné vlastnosti radiátora. Pre zariadenie len z technických parametrov môžu byť dva alebo tri radiátory, ktoré môžu spĺňať požiadavky, ale treba to kombinovať s chladením a inštaláciou. , všeobecná zameniteľnosť a hospodárnosť sú komplexne vybrané.

2. Ventilátorové chladenie prirodzeným vzduchom a chladenie núteným vzduchom

V samotnom procese návrhu spínaného napájacieho zdroja sa zvyčajne používajú dve formy prirodzeného chladenia vzduchom a ventilátorového núteného chladenia. Pri inštalácii prirodzeného vzduchom chladeného chladiča by mali byť lopatky chladiča umiestnené zvisle nahor. Ak je to možné, okolo miesta inštalácie chladiča na doske plošných spojov je možné vyvŕtať niekoľko vetracích otvorov, aby sa uľahčilo prúdenie vzduchu.

Nútené chladenie vzduchom využíva ventilátor na nútenú konvekciu vzduchu. Preto by pri návrhu vzduchového potrubia mal byť axiálny smer lopatiek chladiča v súlade so smerom výfuku ventilátora. Pre dobrý efekt vetrania by mali byť zariadenia s väčším odvodom tepla bližšie Odsávací ventilátor, v prípade odťahového ventilátora je tepelný odpor chladiča uvedený v tabuľke nižšie:

4. Kovová DPS

S miniaturizáciou spínaných zdrojov napájania sa v skutočných produktoch široko používajú komponenty na povrchovú montáž a v súčasnosti je ťažké inštalovať chladiče na napájacie zariadenia. V súčasnosti sa na prekonanie tohto problému kovové dosky plošných spojov používajú hlavne ako nosiče energetických zariadení, najmä vrátane laminátov potiahnutých meďou na báze hliníka a laminátov plátovaných meďou na báze železa. Existuje ďalšie PCB s medeným jadrom. Stredná vrstva substrátu je izolačná vrstva z medenej platne, ktorá využíva lepiacu fóliu z epoxidovej tkaniny zo sklenených vlákien s vysokou tepelnou vodivosťou alebo epoxidovú živicu s vysokou tepelnou vodivosťou. Môže namontovať smd komponenty na obe strany a vysokovýkonné smd komponenty môžu byť spájkované vlastným chladičom smd priamo na kovovej doske plošných spojov a pomocou kovovej dosky v kovovej doske plošných spojov odvádzať teplo.

5. Rozloženie vykurovacích telies

Hlavnými vykurovacími prvkami v spínanom zdroji sú vysokovýkonné polovodiče a ich radiátory, transformátory na konverziu energie a vysokovýkonné odpory. Základnou požiadavkou na rozmiestnenie vykurovacích telies je ich usporiadanie od malých po veľké podľa stupňa vývinu tepla. Čím je výhrevnosť menšia, tým väčší je smer vetra spínaného napájacieho vzduchovodu, tým je zariadenie s väčšou výhrevnosťou bližšie k výfuku. ventilátor.

Aby sa zvýšila efektívnosť výroby, na rovnakom veľkom chladiči je často pripevnených viacero energetických zariadení. V tomto čase by mal byť chladič umiestnený čo najbližšie k okraju PCB. Od plášťa alebo iných častí spínaného zdroja by však mala byť vzdialenosť aspoň 1 cm. Ak je na doske s plošnými spojmi niekoľko veľkých chladičov, mali by byť navzájom rovnobežné a rovnobežné so smerom vetra vo vzduchovom potrubí. Vo vertikálnom smere sú zariadenia s nízkym vývinom tepla usporiadané v najnižšej vrstve a zariadenia s veľkým vývinom tepla sú usporiadané vo vyšších vrstvách. Komponenty generujúce teplo by mali byť umiestnené čo najďalej od komponentov citlivých na teplotu, ako sú elektrolytické kondenzátory, na plošnom spoji.

Sinda Thermal je profesionálny a skúsený výrobca chladičov, globálnym zákazníkom môžeme poskytnúť rôzne chladiče, môžeme ponúknuť najkonkurencieschopnejšiu cenu a veľmi kvalitné chladiče, ak máte akékoľvek tepelné požiadavky, kontaktujte nás voľne.