Thermisch ontwerp van voeding:
Het thermische probleem van de voedingsmodule zal de betrouwbaarheid van de module ernstig schaden en het uitvalpercentage van het product zal exponentieel toenemen. Wat moet ik doen als de powermodule warm wordt? Vanuit het perspectief van thermisch ontwerp van modules, laat dit artikel u kennismaken met verschillende oplossingen voor lage temperatuurstijging, zeer betrouwbare voeding en toepassingsoplossingen.
Hoge temperaturen hebben een grote invloed op de betrouwbaarheid van vermogensmodules met een hoge vermogensdichtheid. Hoge temperaturen zullen de levensduur van elektrolytische condensatoren doen afnemen, de isolatie-eigenschappen van met transformator geëmailleerde draden, transistorschade, thermische veroudering van het materiaal, lasscheuren met een laag smeltpunt, eraf vallende soldeerverbindingen en de mechanische spanning tussen apparaten neemt toe. Statistieken tonen aan dat voor elke 2 °C temperatuurstijging van elektronische componenten, de betrouwbaarheid met 10% afneemt.
Hoe de thermische oplossingen te ontwerpen?
Verliezen van de circuitstructuur en componenten verminderen: zoals het toepassen van betere besturingsmethoden en -technologieën, hoogfrequente soft-switching-technologie, faseverschuivende besturingstechnologie, synchrone rectificatietechnologie, enz., Naast het selecteren van low-power componenten om de aantal verwarmingscomponenten, vergroot de breedte van de dikke gedrukte lijn om de efficiëntie van de voeding te verbeteren;
De verpakking van componenten heeft een grote invloed op de temperatuurstijging van de componenten. Door het verschil in technologie is de DFN-verpakte MOS-buis bijvoorbeeld gemakkelijker om warmte af te voeren dan de DPAK (TO252) verpakte MOS-buis. Onder dezelfde verliesomstandigheden zal de temperatuurstijging van eerstgenoemde relatief klein zijn. Over het algemeen geldt: hoe groter de weerstand van het pakket, hoe hoger het nominale vermogen, en onder dezelfde verliesomstandigheden zal de stijging van de oppervlaktetemperatuur kleiner zijn.
Soms lijken de circuitparameters en prestaties normaal, maar in feite zijn er grote problemen verborgen. Zoals weergegeven in figuur 3, is er geen probleem met de basisprestaties van een bepaald circuit, maar bij kamertemperatuur bereikte de oppervlaktetemperatuur van de stuurweerstand van de MOS-buis 95,2 °C, gemeten met een infrarood warmtebeeldcamera. Bij langdurig werk of een omgeving met hoge temperaturen kunnen de problemen van doorbranding van de weerstand en moduleschade heel gemakkelijk optreden. Door de circuitparameters aan te passen, wordt het ohmse warmteverlies van de weerstand verminderd en wordt het weerstandspakket gewijzigd van 0603 in 0805, wat de oppervlaktetemperatuur aanzienlijk verlaagt.
PCB-ontwerp geoptimaliseerd thermisch ontwerp
Het oppervlak van de koperen huid van de PCB, de dikte van de koperen huid, het materiaal van het bord en het aantal PCB-lagen hebben allemaal invloed op de warmteafvoer van de module. Veelgebruikte printplaat FR4 (epoxyhars) is een materiaal met een goede thermische geleidbaarheid en de warmte van de componenten op de printplaat kan via de printplaat worden afgevoerd. In speciale toepassingen zijn er ook platen met een lagere thermische weerstand zoals aluminiumsubstraten of keramische substraten.
Bij de lay-out en routering van PCB's moet ook rekening worden gehouden met de warmteafvoer van de module:
De componenten met grote warmteontwikkeling moeten een stapellay-out vermijden en proberen de warmte gelijkmatig over het bord te verdelen;
Vooral warmtegevoelige componenten moeten uit de buurt van warmtebronnen worden gehouden;
Gebruik indien nodig meerlaagse PCB's;
De achterkant van het krachtelement is gecoat met een koperen vlak om warmte af te voeren, en gebruik"hot holes" om warmte van de ene kant van de printplaat naar de andere over te brengen.
Gebruik effectievere warmteafvoertechnologie: gebruik geleidings-, stralings- en convectietechnologie om warmte over te dragen, inclusief het gebruik van radiatoren, luchtkoeling (natuurlijke convectie en geforceerde luchtkoeling), vloeistofkoeling (water, olie), thermo-elektrische koeling, warmtepijpen, enzovoort. .
Bij thermisch ontwerp moet u ook letten op:
Voor vermogensmodules met breedspanningsingang zijn de verwarmingspunten en warmteverdeling van hoogspanningsingang en laagspanningsingang volledig verschillend en is een uitgebreide evaluatie vereist. Het verwarmingspunt en de warmteverdeling tijdens de kortsluitbeveiliging moeten ook worden geëvalueerd;
In potgrondmodules is potlijm een materiaal met een goede thermische geleidbaarheid. De stijging van de oppervlaktetemperatuur van de interne componenten van de module zal verder worden verminderd.
Naast de bovengenoemde thermische ontwerptechnieken voor de voeding, kunnen ook hoogwaardige geïsoleerde DC-DC-voedingsmodules direct worden geselecteerd, wat snel een zeer betrouwbare isolatieoplossing voor de voeding voor het systeem kan bieden. Gebaseerd op de accumulatie van bijna 20 jaar ervaring met het ontwerpen van voedingen, heeft ZHIYUAN Electronics onafhankelijk onafhankelijke voedings-IC's ontwikkeld en ontworpen om de P-serie geoptimaliseerde DC-DC-voedingen met constante spanning voor alle werkomstandigheden te creëren om aan de behoeften van alle werkende voorwaarden en bieden gebruikers een stabiel en kwalitatief hoogstaand plan voor stroomvoorzieningsoplossingen. Vergeleken met traditionele oplossingen, integreert de autonome voedings-IC van ZHIYUAN Electronics beveiligingsfuncties zoals kortsluitbeveiliging en beveiliging tegen te hoge temperaturen. Het heeft een hogere integratie en betrouwbaarheid, zorgt voor een hoge efficiëntie en stabiele stroomvoorziening onder alle werkomstandigheden, en kan gebruikers I/O en communicatie bieden. Toepassingen zoals isolatie bieden standaard en betrouwbare stroomvoorzieningsoplossingen.
