Hlajenje napajalnika za optimizacijo zmogljivosti in stroškov
Toplotna simulacija je pomemben del razvoja energetskih izdelkov in zagotavljanja smernic za material izdelkov. Optimizacija velikosti modula je razvojni trend oblikovanja terminalske opreme, ki prinaša pretvorbo upravljanja odvajanja toplote iz kovinskega hladilnega telesa v bakreno plast PCB. Nekateri moduli danes uporabljajo nižje preklopne frekvence za stikalne napajalnike in velike pasivne komponente. Za pretvorbo napetosti in tok miru, ki poganja notranji tokokrog, je učinkovitost linearnega regulatorja razmeroma nizka.
Ko je funkcij več, je zmogljivost vedno višja, zasnova naprave pa vse bolj kompaktna. V tem času postane zelo pomembna simulacija odvajanja toplote na ravni IC in na ravni sistema.
Temperatura delovnega okolja za nekatere aplikacije je 70 do 125 °C, temperatura nekaterih avtomobilskih aplikacij velikosti matrice pa celo do 140 °C. Za te aplikacije je zelo pomembno nemoteno delovanje sistema. Pri optimizaciji elektronskih zasnov postaja natančna toplotna analiza pri prehodnih in statičnih najslabših scenarijih za zgornji dve vrsti aplikacij vse pomembnejša.
Poti odvajanja toplote in toplotne odpornosti se razlikujejo glede na različne izvedbene metode: blazinice za odvajanje toplote, povezane z notranjo ploščo hladilnega telesa ali luknje za odvajanje toplote na stičišču štrlin. Uporabite spajko, da povežete izpostavljeno termično blazinico ali izboklino na zgornjo plast tiskanega vezja. Odprtina na PCB pod izpostavljeno termično blazinico ali izboklino, ki jo je mogoče povezati s podaljšano osnovo hladilnega telesa, ki je povezana s kovinskim ohišjem modula'. Uporabite kovinske vijake, da povežete hladilno telo s hladilnikom na zgornji ali spodnji bakreni plasti PCB kovinske lupine. Uporabite spajko, da povežete izpostavljeno termično blazinico ali izboklino na zgornjo plast tiskanega vezja. Poleg tega je teža ali debelina bakrene prevleke, uporabljene na vsaki plasti PCB, zelo kritična. V smislu analize toplotne odpornosti ta parameter neposredno vpliva na plasti, povezane z izpostavljenimi blazinicami ali izboklinami. Na splošno so to zgornji, hladilni in spodnji sloj v večplastnem tiskanem vezju. V večini aplikacij je lahko zunanja plast 2 unča bakra (2 unča bakra=2,8 mils ali 71 µm) in notranja plast 1 unča bakra (1 unča bakra=1,4 mils ali 35 µm) ali vse so 1 unča težka bakrena plast. V aplikacijah potrošniške elektronike nekatere aplikacije uporabljajo celo 0,5 unče bakra (0,5 unče bakra=0,7 mils ali 18 µm) plasti.
Podatki o modelu
Simulacija temperature matrice zahteva diagram postavitve IC, ki vključuje vse močnostne FET na matrici in dejanske položaje, ki so v skladu z načeli pakiranja in spajkanja.
Velikost in razmerje stranic vsakega FET sta zelo pomembna za porazdelitev toplote. Drug pomemben dejavnik, ki ga je treba upoštevati, je, ali se FET-ji napajajo istočasno ali zaporedno. Natančnost modela je odvisna od uporabljenih fizičnih podatkov in lastnosti materiala.
Analiza statične ali povprečne moči modela zahteva le kratek čas izračuna, konvergenca pa se pojavi, ko je zabeležena najvišja temperatura.
Analiza prehoda zahteva podatke za primerjavo moči in časa. Uporabili smo boljši analitični postopek kot primer stikalnega napajalnika, da smo zabeležili podatke, da bi natančno zajeli dvig temperature med hitrimi močnostnimi impulzi. Ta vrsta analize je na splošno zamudna in zahteva več vnosa podatkov kot simulacija statične moči.
Ta model lahko simulira epoksidne pore v območju povezave matrice ali pore v prevleki hladilnika PCB. V obeh primerih bodo pore epoksi/prevleke vplivale na toplotno odpornost embalaže.
Toplotna simulacija je pomemben del razvoja energetskih izdelkov. Poleg tega vas lahko vodi tudi pri nastavitvi parametrov toplotne odpornosti, ki pokrivajo celoten obseg od FET spoja silicijevega čipa do izvedbe različnih materialov v izdelku. Ko razumemo različne toplotne uporne poti, lahko optimiziramo številne sisteme za vse aplikacije.
Te podatke je mogoče uporabiti tudi za določitev korelacije med faktorjem znižanja vrednosti in zvišanjem delovne temperature okolice. Ti rezultati se lahko uporabijo za pomoč ekipam za razvoj izdelkov pri razvoju svojih zasnov.
