Raffreddamento dell'alimentatore per ottimizzare le prestazioni e i costi del circuito
La simulazione termica è una parte importante dello sviluppo di prodotti energetici e della fornitura di linee guida sui materiali dei prodotti. L'ottimizzazione delle dimensioni del modulo è la tendenza allo sviluppo della progettazione delle apparecchiature terminali, che determina la conversione della gestione della dissipazione del calore dal dissipatore di calore in metallo allo strato di rame del PCB. Alcuni moduli oggi utilizzano frequenze di commutazione inferiori per alimentatori a commutazione e componenti passivi di grandi dimensioni. Per la conversione di tensione e la corrente di riposo che pilotano il circuito interno, l'efficienza del regolatore lineare è relativamente bassa.
Man mano che le funzioni diventano più abbondanti, le prestazioni diventano sempre più elevate e il design del dispositivo diventa sempre più compatto. In questo momento, la simulazione della dissipazione del calore a livello di IC e di sistema diventa molto importante.
La temperatura dell'ambiente di lavoro di alcune applicazioni è compresa tra 70 e 125 °C e la temperatura di alcune applicazioni automobilistiche di dimensioni matrici raggiunge addirittura i 140 °C. Per queste applicazioni, il funzionamento ininterrotto del sistema è molto importante. Quando si ottimizzano i progetti elettronici, l'analisi termica accurata in scenari peggiori transitori e statici per i due tipi di applicazioni di cui sopra sta diventando sempre più importante.
I percorsi di dissipazione del calore e della resistenza termica sono differenti a seconda delle diverse modalità realizzative: I tamponi di dissipazione del calore collegati al pannello dissipatore interno oppure i fori di dissipazione del calore in corrispondenza della giunzione delle sporgenze. Utilizzare la saldatura per collegare il pad termico esposto o la connessione a urto allo strato superiore del PCB. Un'apertura sul PCB sotto il pad termico esposto o una connessione a urto, che può essere collegata alla base del dissipatore di calore estesa collegata all'involucro metallico del modulo'. Utilizzare viti metalliche per collegare il dissipatore di calore al dissipatore di calore sullo strato di rame superiore o inferiore del PCB del guscio metallico. Utilizzare la saldatura per collegare il pad termico esposto o la connessione a urto allo strato superiore del PCB. Inoltre, il peso o lo spessore della placcatura in rame utilizzata su ogni strato del PCB è molto critico. In termini di analisi della resistenza termica, gli strati collegati alle piazzole o agli urti esposti sono direttamente interessati da questo parametro. In generale, questi sono gli strati superiore, dissipatore di calore e inferiore in un circuito stampato multistrato. Nella maggior parte delle applicazioni, può essere uno strato esterno di rame da due once (2 once di rame=2,8 mil o 71 µm) e uno strato interno di rame da 1 oncia (1 oncia di rame=1,4 mil o 35 µm), oppure tutti sono Strato rivestito di rame pesante da 1 oncia. Nelle applicazioni di elettronica di consumo, alcune applicazioni utilizzano anche 0,5 once di rame (0,5 once di rame=0,7 mil o 18 µm).
Dati del modello
La simulazione della temperatura del die richiede un diagramma di layout del circuito integrato, che includa tutti i FET di potenza sul die e le posizioni effettive conformi ai principi di confezionamento e saldatura.
Le dimensioni e le proporzioni di ciascun FET sono molto importanti per la distribuzione del calore. Un altro fattore importante da considerare è se i FET vengono accesi simultaneamente o in sequenza. L'accuratezza del modello dipende dai dati fisici e dalle proprietà dei materiali utilizzati.
L'analisi della potenza statica o media del modello richiede solo un breve tempo di calcolo e la convergenza avviene una volta registrata la temperatura massima.
L'analisi transitoria richiede dati di confronto potenza-tempo. Abbiamo utilizzato una procedura analitica migliore rispetto al caso dell'alimentatore a commutazione per registrare i dati e catturare con precisione l'aumento di temperatura di picco durante gli impulsi di alimentazione veloci. Questo tipo di analisi è generalmente dispendioso in termini di tempo e richiede più input di dati rispetto alla simulazione della potenza statica.
Questo modello può simulare i pori epossidici nell'area di connessione dello stampo o i pori di placcatura del dissipatore di calore del PCB. In entrambi i casi, i pori epossidici/placcati influenzeranno la resistenza termica della confezione.
La simulazione termica è una parte importante dello sviluppo dei prodotti energetici. Inoltre, può anche guidarti nell'impostazione dei parametri di resistenza termica, coprendo l'intera gamma dalla giunzione FET del chip di silicio all'implementazione di vari materiali nel prodotto. Una volta compresi i diversi percorsi di resistenza termica, possiamo ottimizzare molti sistemi per tutte le applicazioni.
Questi dati possono essere utilizzati anche per determinare la correlazione tra il fattore di derating e l'aumento della temperatura ambiente di esercizio. Questi risultati possono essere utilizzati per aiutare i team di sviluppo del prodotto a sviluppare i propri progetti.
