Termisk design av strömförsörjning
Det termiska problemet med kraftmodulen kommer allvarligt att skada modulens tillförlitlighet, och produktens felfrekvens kommer att öka exponentiellt. Vad ska jag göra om strömmodulen blir varm? Med tanke på termisk design av moduler introducerar den här artikeln dig för olika strömförsörjnings- och applikationslösningar med låg temperaturökning och hög tillförlitlighet.
Hög temperatur har stor inverkan på tillförlitligheten hos kraftmoduler med hög effekttäthet. Hög temperatur kommer att göra att elektrolytkondensatorernas livslängd minskar, isoleringsegenskaperna hos transformatoremaljerade ledningar, transistorskador, termisk åldring av material, svetssprickor med låg smältpunkt, lödfogar som faller av och mekanisk spänning mellan enheter ökar. Statistik visar att för varje 2°C ökning av temperaturen på elektroniska komponenter minskar tillförlitligheten med 10 %.
Hur designar man de termiska lösningarna?
Minska förluster från kretsstrukturen och komponenterna: som att anta bättre styrmetoder och tekniker, högfrekvent mjukväxlingsteknik, fasskiftande styrteknik, synkron likriktarteknik, etc., förutom att välja lågeffektkomponenter för att minska antal värmekomponenter, Öka bredden på den tjocka tryckta linjen för att förbättra strömförsörjningens effektivitet;
Förpackningen av komponenter har stor inverkan på komponenternas temperaturhöjning. Till exempel, på grund av skillnaden i teknologi, är DFN-förpackade MOS-rör lättare att avleda värme än DPAK (TO252) förpackade MOS-rör. Under samma förlustförhållanden kommer temperaturökningen hos den förra att vara relativt liten. Generellt gäller att ju större resistans paketet har, desto högre är märkeffekten, och under samma förlustförhållanden blir yttemperaturökningen mindre.
Ibland verkar kretsparametrarna och prestanda vara normala, men i själva verket är det stora problem dolda. Som visas i figur 3 är det inga problem med den grundläggande prestandan för en viss krets, men vid rumstemperatur nådde yttemperaturen på drivmotståndet i MOS-röret 95,2°C när den mättes med en infraröd värmekamera. Under långvarigt arbete eller miljö med hög temperatur är problemen med motståndsutbrändhet och modulskador mycket lätta att uppstå. Genom att justera kretsparametrarna reduceras den ohmska värmeförlusten hos motståndet, och motståndspaketet ändras från 0603 till 0805, vilket kraftigt minskar yttemperaturen.
PCB design optimerad termisk design
Arean av kopparskalet på PCB, tjockleken på kopparskalet, kortets material och antalet PCB-lager påverkar alla modulens värmeavledning. Vanligt använda kort FR4 (epoxiharts) är ett material med god värmeledningsförmåga, och värmen från komponenterna på PCB kan avledas genom PCB. I speciella applikationer finns det även plattor med lägre termisk resistans såsom aluminiumsubstrat eller keramiska substrat.
Layouten och routingen av PCB bör också beakta modulens värmeavledning:
Komponenterna med stor värmeutveckling bör undvika staplingslayout och försöka hålla värmen jämnt fördelad på brädet;
Värmekänsliga komponenter bör hållas borta från värmekällor i synnerhet;
Använd flerlagers PCB vid behov;
Baksidan av kraftelementet är belagt med ett kopparplan för att avleda värme, och använder"heta hål" för att överföra värme från ena sidan av PCB till den andra.
Använd mer effektiv värmeavledningsteknik: använd lednings-, strålnings- och konvektionsteknik för att överföra värme, inklusive användning av radiatorer, luftkylning (naturlig konvektion och forcerad luftkylning), vätskekylning (vatten, olja), termoelektrisk kylning, värmerör, etc. .
I termisk design måste du också vara uppmärksam på:
För kraftmoduler med bredspänningsingång är värmepunkterna och värmefördelningen för högspänningsingång och lågspänningsingång helt olika, och en omfattande utvärdering krävs. Värmepunkten och värmefördelningen vid kortslutningsskydd bör också utvärderas;
I ingjutningskraftmoduler är ingjutningslim ett material med god värmeledningsförmåga. Yttemperaturökningen för modulens interna komponenter kommer att minska ytterligare.
Utöver de ovan nämnda termiska designteknikerna för strömförsörjning, kan högpresterande isolerade DC-DC-kraftmoduler också väljas direkt, vilket snabbt kan tillhandahålla en mycket pålitlig lösning för strömförsörjningsisolering för systemet. Baserat på ackumuleringen av nästan 20 års erfarenhet av design av strömförsörjning, har ZHIYUAN Electronics självständigt utvecklat och designat oberoende strömförsörjningskretsar för att skapa P-serien av optimerade DC-DC-strömförsörjningar med konstant spänning för alla arbetsförhållanden för att möta behoven hos alla arbetstagare villkor och ge användarna en stabil och högkvalitativ strömförsörjningslösningsplan. Jämfört med traditionella lösningar, integrerar ZHIYUAN Electronics autonoma strömförsörjning IC skyddsfunktioner som kortslutningsskydd och övertemperaturskydd. Den har högre integration och tillförlitlighet, vilket säkerställer hög effektivitet och stabil strömförsörjning under alla arbetsförhållanden, och kan förse användare med I/O och kommunikation. Tillämpningar som isolering tillhandahåller standardlösningar för strömförsörjning.
