Progettazione termica dell'alimentatore
Il problema termico del modulo di alimentazione danneggerà seriamente l'affidabilità del modulo e il tasso di guasto del prodotto aumenterà in modo esponenziale. Cosa devo fare se il modulo di alimentazione si surriscalda? Dal punto di vista della progettazione termica dei moduli, questo articolo presenta varie soluzioni applicative e di progettazione di alimentatori a bassa temperatura e alta affidabilità.
L'alta temperatura ha una grande influenza sull'affidabilità dei moduli di potenza con un'elevata densità di potenza. L'alta temperatura farà diminuire la durata dei condensatori elettrolitici, le caratteristiche di isolamento dei fili smaltati del trasformatore, i danni ai transistor, l'invecchiamento termico del materiale, la rottura della saldatura a basso punto di fusione, la caduta dei giunti di saldatura e l'aumento dello stress meccanico tra i dispositivi. Le statistiche mostrano che per ogni 2°C di aumento della temperatura dei componenti elettronici, l'affidabilità diminuisce del 10%.
Come progettare le soluzioni termiche?
Ridurre le perdite dalla struttura e dai componenti del circuito: come l'adozione di migliori metodi e tecnologie di controllo, tecnologia di commutazione graduale ad alta frequenza, tecnologia di controllo dello sfasamento, tecnologia di rettifica sincrona, ecc., Oltre a selezionare componenti a bassa potenza per ridurre il numero di componenti di riscaldamento, aumentare la larghezza della linea stampata spessa per migliorare l'efficienza dell'alimentazione;
L'imballaggio dei componenti ha una grande influenza sull'aumento di temperatura dei componenti. Ad esempio, a causa della differenza di tecnologia, il tubo MOS confezionato DFN è più facile da dissipare il calore rispetto al tubo MOS imballato DPAK (TO252). Nelle stesse condizioni di perdita, l'aumento di temperatura del primo sarà relativamente piccolo. Generalmente, maggiore è la resistenza del pacchetto, maggiore è la potenza nominale e, a parità di condizioni di perdita, l'aumento della temperatura superficiale sarà minore.
A volte, i parametri e le prestazioni del circuito sembrano normali, ma in realtà ci sono grossi problemi nascosti. Come mostrato nella Figura 3, non ci sono problemi con le prestazioni di base di un determinato circuito, ma a temperatura ambiente, la temperatura superficiale della resistenza di pilotaggio del tubo MOS ha raggiunto i 95,2°C quando misurata con una termocamera a infrarossi. In condizioni di lavoro a lungo termine o in ambienti ad alta temperatura, i problemi di esaurimento della resistenza e danni ai moduli sono molto facili da verificare. Regolando i parametri del circuito, la perdita di calore ohmico del resistore viene ridotta e il pacchetto del resistore viene modificato da 0603 a 0805, il che riduce notevolmente la temperatura superficiale.
Progettazione termica ottimizzata progettazione PCB
L'area del rivestimento in rame del PCB, lo spessore del rivestimento in rame, il materiale della scheda e il numero di strati del PCB influiscono tutti sulla dissipazione del calore del modulo. La scheda FR4 (resina epossidica) comunemente utilizzata è un buon materiale a conduttività termica e il calore dei componenti sul PCB può essere dissipato attraverso il PCB. In applicazioni speciali, sono disponibili anche lastre con resistenza termica inferiore come substrati in alluminio o substrati in ceramica.
Il layout e l'instradamento del PCB dovrebbero anche considerare la dissipazione del calore del modulo:
I componenti con una grande generazione di calore dovrebbero evitare di impilare il layout e cercare di mantenere il calore distribuito uniformemente sulla scheda;
I componenti sensibili al calore devono essere tenuti lontani in particolare da fonti di calore;
Utilizzare PCB multistrato quando necessario;
La parte posteriore dell'elemento di potenza è rivestita con un piano di rame per dissipare il calore e utilizza"fori caldi" trasferire il calore da un lato all'altro del PCB.
Utilizzare una tecnologia di dissipazione del calore più efficace: utilizzare la tecnologia di conduzione, radiazione e convezione per trasferire il calore, compreso l'uso di radiatori, raffreddamento ad aria (convezione naturale e raffreddamento ad aria forzata), raffreddamento a liquido (acqua, olio), raffreddamento termoelettrico, tubi di calore, eccetera. .
Nella progettazione termica, è inoltre necessario prestare attenzione a:
Per i moduli di potenza con ingresso ad ampia tensione, i punti di riscaldamento e la distribuzione del calore dell'ingresso ad alta tensione e dell'ingresso a bassa tensione sono completamente diversi ed è necessaria una valutazione completa. Dovrebbero essere valutati anche il punto di riscaldamento e la distribuzione del calore durante la protezione da cortocircuito;
Nei moduli di alimentazione per impregnazione, la colla per impregnazione è un materiale con una buona conduttività termica. L'aumento della temperatura superficiale dei componenti interni del modulo sarà ulteriormente ridotto.
Oltre alle tecniche di progettazione termica dell'alimentatore sopra menzionate, è possibile selezionare direttamente anche moduli di alimentazione CC-CC isolati ad alte prestazioni, che possono fornire rapidamente una soluzione di isolamento dell'alimentazione altamente affidabile per il sistema. Sulla base dell'accumulo di quasi 20 anni di esperienza nella progettazione di alimentatori, ZHIYUAN Electronics ha sviluppato e progettato in modo indipendente circuiti integrati di alimentazione indipendenti per creare la serie P di alimentatori CC-CC a tensione costante ottimizzati per tutte le condizioni di lavoro per soddisfare le esigenze di tutti i lavoratori condizioni e fornire agli utenti un piano di soluzioni di alimentazione stabile e di alta qualità. Rispetto alle soluzioni tradizionali, il circuito integrato di alimentazione autonomo di ZHIYUAN Electronics integra funzioni di protezione come la protezione da cortocircuito e la protezione da sovratemperatura. Ha una maggiore integrazione e affidabilità, garantendo un'alimentazione stabile e ad alta efficienza in tutte le condizioni di lavoro e può fornire agli utenti I/O e comunicazione. Applicazioni come l'isolamento forniscono soluzioni di alimentazione standard e affidabili.
