Tepelný návrh napájacieho zdroja
Tepelný problém napájacieho modulu vážne poškodí spoľahlivosť modulu a miera zlyhania produktu sa exponenciálne zvýši. Čo mám robiť, ak sa napájací modul zahrieva? Z pohľadu tepelného dizajnu modulov vám tento článok predstaví rôzne riešenia pre nízkoteplotné, vysoko spoľahlivé napájacie zdroje a aplikačné riešenia.
Vysoká teplota má veľký vplyv na spoľahlivosť výkonových modulov s vysokou hustotou výkonu. Vysoká teplota spôsobí zníženie životnosti elektrolytických kondenzátorov, zvýšenie izolačných vlastností transformátorových smaltovaných drôtov, poškodenie tranzistorov, tepelné starnutie materiálu, praskanie zvarov pri nízkej teplote topenia, odpadávanie spájkovaných spojov a zvýšenie mechanického namáhania medzi zariadeniami. Štatistiky ukazujú, že s každým zvýšením teploty elektronických súčiastok o 2 °C klesá spoľahlivosť o 10 %.
Ako navrhnúť tepelné riešenia?
Znížte straty v štruktúre obvodov a komponentov: ako napríklad prijatie lepších metód a technológií riadenia, vysokofrekvenčnej technológie mäkkého spínania, technológie riadenia fázového posunu, technológie synchrónneho usmerňovania atď., Okrem výberu komponentov s nízkou spotrebou energie na zníženie počet vykurovacích komponentov, zväčšite šírku hrubej tlačenej čiary na zlepšenie účinnosti napájacieho zdroja;
Balenie komponentov má veľký vplyv na zvýšenie teploty komponentov. Napríklad, kvôli rozdielu v technológii, MOS trubica zabalená v DFN ľahšie odvádza teplo ako trubica MOS zabalená v DPAK (TO252). Za rovnakých podmienok straty bude nárast teploty v prvom prípade relatívne malý. Vo všeobecnosti platí, že čím väčší je odpor balenia, tým vyšší je menovitý výkon a pri rovnakých stratových podmienkach bude nárast povrchovej teploty menší.
Niekedy sa parametre obvodu a výkon zdajú byť normálne, ale v skutočnosti sú skryté veľké problémy. Ako ukazuje obrázok 3, so základným výkonom určitého obvodu nie je problém, ale pri izbovej teplote dosiahla povrchová teplota budiaceho odporu MOS trubice pri meraní infračervenou termokamerou 95,2°C. Pri dlhodobej práci alebo prostredí s vysokou teplotou sa veľmi ľahko vyskytujú problémy s vyhorením odporu a poškodením modulu. Úpravou parametrov obvodu sa zníži ohmická tepelná strata odporu a zmení sa balík odporu z 0603 na 0805, čo výrazne zníži povrchovú teplotu.
Návrh PCB optimalizovaný tepelný dizajn
Oblasť medeného plášťa DPS, hrúbka medeného plášťa, materiál dosky a počet vrstiev DPS ovplyvňujú rozptyl tepla modulu. Bežne používaná doska FR4 (epoxidová živica) je materiál s dobrou tepelnou vodivosťou a teplo komponentov na doske plošných spojov sa môže odvádzať cez dosku plošných spojov. V špeciálnych aplikáciách existujú aj platne s nižším tepelným odporom ako sú hliníkové substráty alebo keramické substráty.
Usporiadanie a smerovanie dosky plošných spojov by malo zohľadňovať aj odvod tepla modulu:
Komponenty s veľkým vývinom tepla by sa mali vyhýbať vrstveniu a snažiť sa udržať teplo rovnomerne rozložené na doske;
Komponenty citlivé na teplo by sa mali držať mimo dosahu tepelných zdrojov;
V prípade potreby použite viacvrstvové PCB;
Zadná strana výkonového prvku je potiahnutá medenou rovinou na odvádzanie tepla a používa sa"horúce diery" na prenos tepla z jednej strany DPS na druhú.
Využite efektívnejšiu technológiu odvádzania tepla: na prenos tepla použite technológiu vedenia, žiarenia a konvekcie, vrátane použitia radiátorov, chladenia vzduchom (prirodzená konvekcia a nútené chladenie vzduchom), chladenia kvapalinou (voda, olej), termoelektrické chladenie, tepelné trubice, atď. .
Pri tepelnom dizajne musíte venovať pozornosť aj:
Pre výkonové moduly so širokonapäťovým vstupom sú vykurovacie body a rozvod tepla vysokonapäťového vstupu a nízkonapäťového vstupu úplne odlišné a je potrebné komplexné vyhodnotenie. Tiež by sa mal vyhodnotiť bod ohrevu a rozloženie tepla počas ochrany proti skratu;
V zalievacích výkonových moduloch je zalievacie lepidlo materiál s dobrou tepelnou vodivosťou. Nárast povrchovej teploty vnútorných komponentov modulu sa ďalej zníži.
Okrem vyššie uvedených techník tepelného návrhu napájacieho zdroja je možné priamo vybrať aj vysokovýkonné izolované napájacie moduly DC-DC, ktoré môžu rýchlo poskytnúť vysoko spoľahlivé riešenie izolácie napájania systému. Na základe akumulácie takmer 20-ročných skúseností s návrhom napájacích zdrojov spoločnosť ZHIYUAN Electronics nezávisle vyvinula a navrhla nezávislé integrované obvody napájania, aby vytvorila sériu P optimalizovaných napájacích zdrojov DC-DC s konštantným napätím pre všetky pracovné podmienky, aby vyhovovali potrebám všetkých pracovných podmienok. podmienky a poskytnúť používateľom stabilný a vysokokvalitný plán riešení napájania. V porovnaní s tradičnými riešeniami integruje autonómny napájací obvod IC ZHIYUAN Electronics ochranné funkcie, ako je ochrana proti skratu a ochrana proti prehriatiu. Má vyššiu integráciu a spoľahlivosť, zaisťuje vysokoúčinné a stabilné napájanie za všetkých pracovných podmienok a môže používateľom poskytnúť I/O a komunikáciu. Aplikácie ako izolácia poskytujú štandardné a spoľahlivé riešenia napájania.
