نحوه بهینه سازی عملکرد مدار و هزینه برای خنک کننده منبع تغذیه

با افزایش گرمای سیستم محصول، مصرف برق سیستم به صورت تصاعدی افزایش می یابد، بنابراین در هنگام طراحی سیستم قدرت، راه حلی با جریان بالاتر انتخاب می شود که به طور اجتناب ناپذیری منجر به افزایش هزینه خواهد شد. در یک نقطه خاص، هزینه به طور تصاعدی افزایش می یابد. اجازه دهید مقاله ای در مورد طراحی و شبیه سازی خنک کننده منبع تغذیه با شما به اشتراک بگذارم.

شبیه سازی حرارتی بخش مهمی از توسعه محصولات قدرت و ارائه دستورالعمل برای مواد محصول است. بهینه سازی ضریب شکل ماژول یک روند توسعه در طراحی تجهیزات ترمینال است که مشکل جابجایی از سینک های حرارتی فلزی به مدیریت حرارتی لایه مس PCB را ایجاد می کند. برخی از ماژول های امروزی از فرکانس های سوئیچینگ پایین تری برای منابع تغذیه حالت سوئیچ و قطعات غیرفعال بزرگ استفاده می کنند. تنظیم کننده های خطی برای انتقال ولتاژ و جریان های ساکن که مدارهای داخلی را هدایت می کنند، کارایی کمتری دارند.

همانطور که طراحی دستگاه ها از ویژگی های غنی تر، بهبود عملکرد، و طراحی دستگاه فشرده تر می شود، شبیه سازی حرارتی در سطح IC و سطح سیستم حیاتی می شود.

برخی از برنامه ها در دمای محیطی 70 تا 125 درجه کار می کنند و برخی از برنامه های کاربردی خودروهای سایز می توانند به دمای 140 درجه برسند، جایی که عملکرد بدون وقفه سیستم مهم است. تجزیه و تحلیل حرارتی دقیق گذرا و استاتیک در بدترین حالت برای هر دو نوع برنامه کاربردی هنگام بهینه سازی طرح های الکترونیکی اهمیت فزاینده ای پیدا می کند.

مدیریت حرارتی

چالش مدیریت حرارتی کاهش اندازه بسته بندی در عین دستیابی به عملکرد حرارتی بالاتر، دمای محیط عملیاتی بالاتر و بودجه کمتر برای لایه های حرارتی مسی است. راندمان بالای بسته بندی منجر به غلظت بالایی از اجزای تولید کننده گرما می شود که در نتیجه شار حرارتی بسیار بالایی در سطوح IC و بسته ایجاد می شود.

عواملی که در سیستم باید در نظر گرفته شوند شامل برخی دیگر از دستگاه های برق برد مدار چاپی است که ممکن است بر دمای دستگاه تجزیه و تحلیل، فضای سیستم و طراحی/محدودیت های جریان هوا تأثیر بگذارد. در مدیریت حرارتی سه فاکتور وجود دارد: پکیج، برد و سیستم

هزینه کم، ضریب فرم کوچک، ادغام ماژول و قابلیت اطمینان بسته چند جنبه هستند که باید هنگام انتخاب بسته مورد توجه قرار گیرند. از آنجایی که هزینه به یک ملاحظات کلیدی تبدیل می‌شود، بسته‌های تقویت‌شده حرارتی مبتنی بر لیدفریم محبوبیت پیدا می‌کنند. این پکیج شامل هیت سینک تعبیه شده یا پکیج های در معرض دید و نوع پخش کننده حرارت است که برای بهبود عملکرد حرارتی طراحی شده اند. در برخی از بسته‌های نصب سطحی، قاب‌های سربی ویژه دارای چندین سرب هستند که به هر طرف بسته‌بندی متصل شده‌اند تا به عنوان پخش‌کننده حرارت عمل کنند. این روش مسیر اتلاف گرما بهتری را برای انتقال حرارت از پد قالب فراهم می کند.

شبیه سازی حرارتی آی سی و بسته

تجزیه و تحلیل حرارتی نیازمند مدل های دقیق و دقیق محصول قالب سیلیکونی و خواص حرارتی محفظه است. تامین کنندگان نیمه هادی خواص مکانیکی حرارتی و بسته بندی سیلیکون IC را ارائه می دهند، در حالی که سازندگان تجهیزات اطلاعاتی در مورد مواد ماژول ارائه می دهند. کاربران محصول اطلاعات محیط استفاده را ارائه می دهند.

این تجزیه و تحلیل به طراحان آی سی کمک می کند تا ابعاد FET توان را برای بدترین حالت اتلاف توان در حالت های گذرا و خاموش بهینه کنند. در بسیاری از آی سی های الکترونیک قدرت، FET های قدرت بخش قابل توجهی از منطقه قالب را اشغال می کنند. تجزیه و تحلیل حرارتی به طراحان کمک می کند تا طرح های خود را بهینه کنند.

بسته انتخابی معمولاً مقداری از فلز را در معرض دید قرار می دهد تا یک مسیر امپدانس حرارتی کم از قالب سیلیکونی تا سینک حرارتی فراهم کند. پارامترهای کلیدی مورد نیاز مدل به شرح زیر است:

نسبت ابعاد قالب سیلیکونی و ضخامت قالب.

منطقه و مکان دستگاه نیرو، و هر مدار راه انداز کمکی که گرما تولید می کند.

ضخامت ساختار قدرت (پراکندگی در تراشه سیلیکون).

ناحیه اتصال قالب و ضخامتی که در آن قالب سیلیکونی به لنت های فلزی یا برجستگی های فلزی در معرض دید متصل می شود. ممکن است شامل درصد شکاف هوای مواد چسبنده باشد.

سطح و ضخامت پد فلزی در معرض یا اتصال برآمدگی فلزی.

اندازه بسته با استفاده از مواد قالب گیری و سرنخ های اتصال.

خواص هدایت حرارتی برای هر ماده مورد استفاده در مدل مورد نیاز است. این ورودی داده همچنین شامل تغییرات وابسته به دما در تمام خواص انتقال حرارت از جمله:

رسانایی حرارتی تراشه سیلیکونی

هدایت حرارتی قالب، مواد قالب‌گیری

هدایت حرارتی در اتصال پدهای فلزی یا برجستگی های فلزی.

نوع بسته (packageproduct) و تعامل PCB

یک پارامتر مهم برای شبیه‌سازی حرارتی، تعیین مقاومت حرارتی از پد به مواد هیت سینک است که می‌تواند به روش‌های زیر تعیین شود:

تخته های چند لایه FR4 (تخته های چهار و شش لایه رایج هستند)

برد مدار تک سر

تابلوهای بالا و پایین

مسیرهای مقاومت حرارتی و حرارتی بر اساس اجرا متفاوت است:

به پدهای حرارتی روی پانل هیت سینک داخلی یا ویس های حرارتی در اتصالات ضربه ای متصل شوید. از لحیم کاری برای اتصال پدهای حرارتی در معرض یا اتصالات ضربه ای به لایه بالایی PCB استفاده کنید.

منفذی در PCB در زیر پد حرارتی یا اتصال ضربه‌ای که می‌تواند به پایه سینک حرارتی بیرون زده که به محفظه فلزی ماژول متصل است متصل شود.

از پیچ های فلزی برای اتصال هیت سینک به هیت سینک روی لایه مسی بالا یا پایین PCB کیس فلزی استفاده کنید. از لحیم کاری برای اتصال پد حرارتی در معرض یا اتصال ضربه‌ای به لایه بالایی PCB استفاده کنید.

همچنین وزن یا ضخامت پوشش مسی مورد استفاده در هر لایه PCB بسیار مهم است. برای تجزیه و تحلیل مقاومت حرارتی، لایه‌های متصل به اتصالات پد یا برآمدگی مستقیماً تحت تأثیر این پارامتر قرار می‌گیرند. به طور کلی، این لایه بالایی، هیت سینک و پایینی در یک برد مدار چاپی چند لایه است.

در اکثر کاربردها، این می تواند یک لایه خارجی مس دو اونس (2 اونس مس=2.8 میل یا 71 میکرومتر) و یک مس 1 اونس (1 اونس مس=1.4 میل یا 35 میکرومتر) باشد. لایه داخلی، یا هر دو لایه مسی 1 اونسی هستند. در برنامه های الکترونیکی مصرفی، برخی حتی از لایه های {{10}}.5 اونس مس (0.5 اونس مس=0.7 mils یا 18 میکرومتر) استفاده می کنند.

داده های مدل

شبیه سازی دمای قالب نیاز به یک پلان طبقه IC دارد که شامل تمام FET های قدرت روی قالب و مکان واقعی آنها برای مطابقت با دستورالعمل های لحیم کاری بسته است.

اندازه و نسبت ابعاد هر FET برای توزیع حرارتی مهم است. عامل مهم دیگری که باید در نظر گرفت این است که آیا FET ها به طور همزمان یا متوالی روشن می شوند. دقت مدل به داده های فیزیکی و خواص مواد مورد استفاده بستگی دارد.

تجزیه و تحلیل توان استاتیک یا متوسط ​​مدل نیاز به زمان محاسباتی کوتاهی دارد و زمانی که بالاترین دما ثبت شود، همگرایی رخ می دهد.

تجزیه و تحلیل گذرا به داده های قدرت در مقابل زمان نیاز دارد. ما داده‌ها را با استفاده از یک مرحله وضوح بهتر نسبت به کیس منبع تغذیه سوئیچینگ ثبت کردیم تا به‌طور دقیق اوج افزایش دما را در طول پالس‌های توان سریع ثبت کنیم. این تحلیل معمولاً زمان‌بر است و به ورودی داده‌های بیشتری نسبت به شبیه‌سازی توان استاتیک نیاز دارد.

این مدل حفره های اپوکسی را در ناحیه اتصال قالب یا آبکاری فضاهای خالی در هیت سینک PCB را شبیه سازی می کند. در هر دو مورد، حفره های اپوکسی/آبکاری می توانند بر مقاومت حرارتی بسته تأثیر بگذارند

شبیه سازی حرارتی بخش مهمی از توسعه محصولات قدرت است. علاوه بر این، شما را از طریق تنظیم پارامترهای مقاومت حرارتی، از محل اتصال FET تراشه سیلیکونی تا اجرای مواد مختلف در محصول، راهنمایی می کند. هنگامی که مسیرهای مقاومت حرارتی مختلف درک شد، بسیاری از سیستم ها را می توان برای همه کاربردها بهینه کرد.

Sinda Thermal متخصص حرارتی حرفه ای است، ما می توانیم طراحی حرارتی بهینه را برای مشتریان خود ارائه دهیم و رقابتی ترین قیمت و سینک حرارتی با کیفیت عالی را برای مشتریان جهانی ارائه دهیم. اگر شما هر گونه نیاز حرارتی دارید، لطفا با ما تماس بگیرید.