Toplotna zasnova napajalnika
Toplotna težava napajalnega modula bo resno škodila zanesljivosti modula, stopnja okvare izdelka pa se bo eksponentno povečala. Kaj naj storim, če se napajalni modul segreje? Z vidika toplotne zasnove modula vas ta članek seznanja z različnimi nizkotemperaturnimi dvigi, visoko zanesljivimi napajalniki in aplikativnimi rešitvami.
Visoka temperatura ima velik vpliv na zanesljivost močnostnih modulov z visoko gostoto moči. Visoka temperatura bo povzročila skrajšanje življenjske dobe elektrolitskih kondenzatorjev, povečanje izolacijskih lastnosti transformatorskih emajliranih žic, poškodbe tranzistorja, toplotno staranje materiala, razpoke zvara z nizkim tališčem, odpadanje spajkalnih spojev in mehanske obremenitve med napravami. Statistični podatki kažejo, da se za vsakih 2°C dviga temperature elektronskih komponent zanesljivost zmanjša za 10%.
Kako oblikovati toplotne rešitve?
Zmanjšajte izgube iz strukture in komponent vezja: kot so sprejemanje boljših krmilnih metod in tehnologij, visokofrekvenčna tehnologija mehkega preklapljanja, tehnologija krmiljenja faznega premika, tehnologija sinhronega popravljanja itd., poleg izbire komponent z nizko porabo za zmanjšanje število grelnih komponent, Povečajte širino debele natisnjene črte za izboljšanje učinkovitosti napajanja;
Embalaža komponent ima velik vpliv na dvig temperature komponent. Na primer, zaradi razlike v tehnologiji je DFN pakirana MOS cev lažje odvajati toploto kot DPAK (TO252) pakirana MOS cev. Pod enakimi pogoji izgube bo dvig temperature prvega razmeroma majhen. Na splošno velja, da večji kot je upor paketa, višja je nazivna moč in pod enakimi pogoji izgube bo dvig temperature površine manjši.
Včasih se zdi, da so parametri in zmogljivost vezja normalni, v resnici pa se skrivajo velike težave. Kot je prikazano na sliki 3, ni težav z osnovno zmogljivostjo določenega vezja, vendar je pri sobni temperaturi površinska temperatura pogonskega upora MOS cevi dosegla 95,2°C, kadar je bila izmerjena z infrardečo toplotno kamero. Pri dolgotrajnem delu ali visokotemperaturnem okolju se težave z izgorevanjem odpornosti in poškodbami modula zelo enostavno pojavijo. S prilagajanjem parametrov vezja se zmanjša omska toplotna izguba upora, paket uporov pa se spremeni iz 0603 na 0805, kar močno zmanjša temperaturo površine.
Zasnova PCB optimizirana toplotna zasnova
Površina bakrene prevleke PCB-ja, debelina bakrene prevleke, material plošče in število plasti PCB-ja vplivajo na odvajanje toplote modula. Običajno uporabljena plošča FR4 (epoksidna smola) je material z dobro toplotno prevodnostjo, toplota komponent na PCB pa se lahko odvaja skozi PCB. V posebnih aplikacijah obstajajo tudi plošče z nižjo toplotno odpornostjo, kot so aluminijaste podlage ali keramične podlage.
Postavitev in usmerjanje PCB morata upoštevati tudi odvajanje toplote modula:
Komponente z veliko toploto se morajo izogibati postavitvi zlaganja in poskušati ohraniti toploto enakomerno porazdeljeno po plošči;
Toplotno občutljive komponente je treba hraniti ločeno od virov toplote;
Po potrebi uporabite večslojni PCB;
Zadnji del napajalnega elementa je prevlečen z bakreno ravnino za odvajanje toplote in uporabite"vroče luknje" za prenos toplote z ene strani PCB na drugo.
Uporabite učinkovitejšo tehnologijo odvajanja toplote: uporabite tehnologijo prevodnosti, sevanja in konvekcije za prenos toplote, vključno z uporabo radiatorjev, zračnega hlajenja (naravna konvekcija in prisilno zračno hlajenje), tekočega hlajenja (voda, olje), termoelektričnega hlajenja, toplotnih cevi, itd.
Pri toplotnem oblikovanju morate biti pozorni tudi na:
Pri močnostnih modulih s širokonapetostnim vhodom so ogrevalne točke in porazdelitev toplote visokonapetostnega in nizkonapetostnega vhoda popolnoma drugačne, zato je potrebna celovita ocena. Ovrednotiti je treba tudi ogrevalno točko in porazdelitev toplote med zaščito pred kratkim stikom;
V napajalnih modulih za zalivanje je lepilo za zalivanje material z dobro toplotno prevodnostjo. Dvig površinske temperature notranjih komponent modula se bo dodatno zmanjšal.
Poleg zgoraj omenjenih tehnik toplotnega načrtovanja napajalnika je mogoče neposredno izbrati tudi visoko zmogljive izolirane DC-DC napajalne module, ki lahko hitro zagotovijo zelo zanesljivo rešitev za izolacijo napajanja za sistem. ZHIYUAN Electronics je na podlagi kopičenja skoraj 20-letnih izkušenj pri načrtovanju napajalnikov neodvisno razvila in oblikovala neodvisne napajalne IC-je za ustvarjanje serije P optimiziranih napajalnikov s konstantno napetostjo DC-DC za vse delovne pogoje, da bi zadovoljili potrebe vseh delovnih pogojev in uporabnikom zagotoviti stabilen in kakovosten načrt rešitev za napajanje. V primerjavi s tradicionalnimi rešitvami IC za avtonomno napajanje ZHIYUAN Electronics združuje zaščitne funkcije, kot sta zaščita pred kratkim stikom in zaščita pred previsoko temperaturo. Ima višjo integracijo in zanesljivost, ki zagotavlja visoko učinkovitost in stabilno napajanje v vseh delovnih pogojih, uporabnikom pa lahko zagotovi V/I in komunikacijo. Aplikacije, kot je izolacija, zagotavljajo standardne in zanesljive rešitve za napajanje.
