Projekt termiczny zasilacza
Problem termiczny modułu zasilania poważnie zaszkodzi niezawodności modułu, a wskaźnik awaryjności produktu wzrośnie wykładniczo. Co zrobić, jeśli moduł mocy się nagrzewa? Z perspektywy projektowania termicznego modułów, ten artykuł przedstawia różne rozwiązania niskotemperaturowe, projekty zasilaczy o wysokiej niezawodności i rozwiązania aplikacyjne.
Wysoka temperatura ma duży wpływ na niezawodność modułów mocy o dużej gęstości mocy. Wysoka temperatura spowoduje skrócenie żywotności kondensatorów elektrolitycznych, skrócenie czasu życia kondensatorów elektrolitycznych, skrócenie charakterystyk izolacyjnych przewodów emaliowanych transformatorów, uszkodzenie tranzystorów, starzenie termiczne materiału, pękanie spoin o niskiej temperaturze topnienia, odpadanie połączeń lutowanych oraz wzrost naprężeń mechanicznych między urządzeniami. Statystyki pokazują, że na każde 2°C wzrostu temperatury elementów elektronicznych niezawodność spada o 10%.
Jak zaprojektować rozwiązania termiczne?
Zmniejsz straty ze struktury i komponentów obwodu: takie jak przyjęcie lepszych metod i technologii sterowania, technologii miękkiego przełączania wysokiej częstotliwości, technologii sterowania przesunięciem fazowym, technologii prostowania synchronicznego itp., Oprócz wybierania komponentów o małej mocy w celu zmniejszenia liczba elementów grzejnych, Zwiększ szerokość grubej drukowanej linii, aby poprawić wydajność zasilacza;
Opakowanie komponentów ma duży wpływ na wzrost temperatury komponentów. Na przykład, ze względu na różnicę w technologii, rura MOS w opakowaniu DFN jest łatwiejsza do rozpraszania ciepła niż rura MOS w opakowaniu DPAK (TO252). W tych samych warunkach strat wzrost temperatury tego pierwszego będzie stosunkowo niewielki. Generalnie im większa rezystancja pakietu, tym wyższa moc znamionowa, aw tych samych warunkach strat wzrost temperatury powierzchni będzie mniejszy.
Czasami parametry obwodu i wydajność wydają się normalne, ale tak naprawdę kryją się duże problemy. Jak pokazano na rysunku 3, nie ma problemu z podstawową wydajnością pewnego obwodu, ale w temperaturze pokojowej temperatura powierzchni rezystora sterującego lampy MOS osiągnęła 95,2°C podczas pomiaru za pomocą kamery termowizyjnej na podczerwień. Przy długotrwałej pracy lub w środowisku o wysokiej temperaturze problemy z przepaleniem rezystancji i uszkodzeniem modułu są bardzo łatwe do wystąpienia. Dostosowując parametry obwodu, zmniejsza się omowe straty ciepła rezystora, a pakiet rezystorów zmienia się z 0603 na 0805, co znacznie obniża temperaturę powierzchni.
Konstrukcja PCB zoptymalizowana konstrukcja termiczna
Na rozpraszanie ciepła modułu wpływa obszar miedzianej powłoki PCB, grubość miedzianej powłoki, materiał płyty i liczba warstw PCB. Powszechnie stosowana płytka FR4 (żywica epoksydowa) jest dobrym materiałem przewodzącym ciepło, a ciepło elementów na płytce drukowanej może być rozpraszane przez płytkę drukowaną. W zastosowaniach specjalnych występują również płyty o mniejszej odporności termicznej, takie jak podłoża aluminiowe czy podłoża ceramiczne.
Rozplanowanie i poprowadzenie PCB powinno również uwzględniać odprowadzanie ciepła przez moduł:
Komponenty generujące duże ilości ciepła powinny unikać układania w stos i starać się, aby ciepło było równomiernie rozprowadzane na płycie;
Elementy wrażliwe na ciepło należy w szczególności trzymać z dala od źródeł ciepła;
W razie potrzeby użyj wielowarstwowej płytki drukowanej;
Tył elementu mocy jest pokryty miedzianą płaszczyzną, która rozprasza ciepło i wykorzystuje&„gorące otwory &”; do przenoszenia ciepła z jednej strony PCB na drugą.
Korzystaj z bardziej efektywnej technologii rozpraszania ciepła: do przekazywania ciepła wykorzystuj technologię przewodnictwa, promieniowania i konwekcji, w tym zastosowanie grzejników, chłodzenie powietrzem (konwekcja naturalna i wymuszone chłodzenie powietrzem), chłodzenie cieczą (woda, olej), chłodzenie termoelektryczne, rury cieplne, itp. .
W projektowaniu termicznym należy również zwrócić uwagę na:
W przypadku modułów mocy z wejściem szerokonapięciowym punkty ogrzewania i dystrybucja ciepła wejścia wysokiego i wejścia niskiego napięcia są zupełnie inne i wymagana jest wszechstronna ocena. Należy również ocenić punkt ogrzewania i dystrybucję ciepła podczas ochrony przeciwzwarciowej;
W modułach mocy do zalewania klej do zalewania jest materiałem o dobrej przewodności cieplnej. Wzrost temperatury powierzchni wewnętrznych elementów modułu zostanie dodatkowo zmniejszony.
Oprócz wyżej wymienionych technik projektowania termicznego zasilaczy, można również bezpośrednio wybrać wysokowydajne izolowane moduły zasilania DC-DC, które mogą szybko zapewnić wysoce niezawodne rozwiązanie izolacji zasilania dla systemu. Bazując na prawie 20-letnim doświadczeniu w projektowaniu zasilaczy, firma ZHIYUAN Electronics niezależnie opracowała i zaprojektowała niezależne układy zasilania, aby stworzyć serię P zoptymalizowanych zasilaczy stałonapięciowych DC-DC dla wszystkich warunków pracy, aby zaspokoić potrzeby wszystkich pracujących warunków i zapewnić użytkownikom stabilny i wysokiej jakości plan rozwiązań zasilania. W porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami, autonomiczny układ scalony zasilacza ZHIYUAN Electronics integruje funkcje ochronne, takie jak zabezpieczenie przeciwzwarciowe i zabezpieczenie przed przegrzaniem. Charakteryzuje się wyższą integracją i niezawodnością, zapewniając wysoką wydajność i stabilne zasilanie w każdych warunkach pracy i może zapewnić użytkownikom we/wy i komunikację. Zastosowania takie jak izolacja zapewniają standardowe i niezawodne rozwiązania w zakresie zasilania.
