طراحی حرارتی منبع تغذیه

مشکل حرارتی ماژول قدرت به طور جدی به قابلیت اطمینان ماژول آسیب می رساند و میزان خرابی محصول به طور تصاعدی افزایش می یابد. در صورت گرم شدن ماژول پاور چه کاری باید انجام دهم؟ از دیدگاه طراحی حرارتی ماژول، این مقاله شما را با راه حل های مختلف طراحی منبع تغذیه با افزایش دمای پایین، با قابلیت اطمینان بالا و راه حل های کاربردی آشنا می کند.

دمای بالا تأثیر زیادی بر قابلیت اطمینان ماژول های قدرت با چگالی توان بالا دارد. دمای بالا باعث کاهش عمر خازن های الکترولیتی، ویژگی های عایق سیم های لعابی ترانسفورماتور، آسیب ترانزیستور، پیری حرارتی مواد، ترک خوردگی جوش با نقطه ذوب پایین، افتادن اتصالات لحیم کاری و افزایش تنش مکانیکی بین دستگاه ها می شود. آمار نشان می دهد که به ازای هر 2 درجه سانتی گراد افزایش دمای قطعات الکترونیکی، قابلیت اطمینان 10 درصد کاهش می یابد.

چگونه محلول های حرارتی را طراحی کنیم؟

کاهش تلفات از ساختار مدار و قطعات: مانند اتخاذ روش‌ها و فن‌آوری‌های کنترل بهتر، فناوری سوئیچینگ نرم فرکانس بالا، فناوری کنترل تغییر فاز، فناوری یکسوسازی همزمان و غیره، علاوه بر انتخاب اجزای کم مصرف برای کاهش تعداد اجزای گرمایش، افزایش عرض خط چاپی ضخیم برای بهبود کارایی منبع تغذیه.

بسته بندی قطعات تاثیر زیادی در افزایش دمای قطعات دارد. به عنوان مثال، به دلیل تفاوت در فناوری، لوله MOS بسته بندی شده DFN نسبت به لوله MOS بسته بندی شده DPAK (TO252) گرما را راحت تر دفع می کند. تحت شرایط تلفات یکسان، افزایش دمای اولی نسبتاً کم خواهد بود. به طور کلی، هر چه مقاومت بسته بزرگتر باشد، توان نامی بالاتر است و در شرایط تلفات یکسان، افزایش دمای سطح کمتر خواهد بود.

گاهی اوقات، پارامترهای مدار و عملکرد عادی به نظر می رسد، اما در واقع مشکلات بزرگی پنهان است. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، هیچ مشکلی در عملکرد پایه یک مدار خاص وجود ندارد، اما در دمای اتاق، دمای سطح مقاومت محرک لوله MOS هنگام اندازه گیری با یک تصویرگر حرارتی مادون قرمز به 95.2 درجه سانتیگراد رسید. در محیط کار طولانی مدت یا دمای بالا، مشکلات فرسودگی مقاومتی و آسیب ماژول بسیار آسان است. با تنظیم پارامترهای مدار، اتلاف حرارت اهمی مقاومت کاهش می یابد و پکیج مقاومت از 0603 به 0805 تغییر می کند که دمای سطح را به شدت کاهش می دهد.

طراحی PCB طراحی حرارتی بهینه

مساحت پوسته مسی PCB، ضخامت پوسته مسی، جنس بورد و تعداد لایه های PCB همگی بر اتلاف حرارت ماژول تأثیر می گذارند. برد معمولی FR4 (رزین اپوکسی) یک ماده رسانایی حرارتی خوب است و گرمای اجزای PCB را می توان از طریق PCB پخش کرد. در کاربردهای خاص، صفحاتی با مقاومت حرارتی کمتر مانند زیرلایه های آلومینیومی یا زیرلایه های سرامیکی نیز وجود دارد.

چیدمان و مسیریابی PCB باید اتلاف حرارت ماژول را نیز در نظر بگیرد:

اجزای با تولید گرمای زیاد باید از چیدمان روی هم پرهیز کنند و سعی کنند گرما را به طور یکنواخت روی برد پخش کنند.

اجزای حساس به حرارت به ویژه باید دور از منابع گرما نگهداری شوند.

در صورت لزوم از PCB چند لایه استفاده کنید.

پشت عنصر قدرت با یک صفحه مسی پوشانده شده است تا گرما را دفع کند و از"hot holes" برای انتقال گرما از یک طرف PCB به طرف دیگر.

از فناوری اتلاف گرما مؤثرتر استفاده کنید: برای انتقال گرما از فناوری هدایت، تابش و همرفت استفاده کنید، از جمله استفاده از رادیاتور، خنک کننده هوا (همرفت طبیعی و خنک کننده هوای اجباری)، خنک کننده مایع (آب، روغن)، خنک کننده ترموالکتریک، لوله های حرارتی، و غیره. .

در طراحی حرارتی باید به موارد زیر نیز توجه کرد:

برای ماژول های قدرت با ورودی ولتاژ گسترده، نقاط گرمایش و توزیع حرارت ورودی ولتاژ بالا و ورودی ولتاژ پایین کاملاً متفاوت است و یک ارزیابی جامع مورد نیاز است. نقطه گرمایش و توزیع گرما در هنگام حفاظت از اتصال کوتاه نیز باید ارزیابی شود.

در ماژول های پاور گلدان، چسب گلدانی ماده ای با رسانایی حرارتی خوب است. افزایش دمای سطح اجزای داخلی ماژول بیشتر کاهش می یابد.

علاوه بر تکنیک‌های طراحی حرارتی منبع تغذیه فوق، می‌توان ماژول‌های قدرت DC-DC ایزوله شده با کارایی بالا را نیز مستقیماً انتخاب کرد که می‌تواند به سرعت یک راه‌حل جداسازی منبع تغذیه بسیار قابل اعتماد برای سیستم ارائه دهد. بر اساس انباشت نزدیک به 20 سال تجربه طراحی منبع تغذیه، ZHIYUAN Electronics به طور مستقل آی سی های منبع تغذیه مستقل را توسعه داده و طراحی کرده است تا سری P از منابع تغذیه ولتاژ ثابت DC-DC بهینه شده برای همه شرایط کاری را برای پاسخگویی به نیازهای همه کارها ایجاد کند. شرایط را فراهم می کند و طرح راه حل های منبع تغذیه پایدار و باکیفیت را در اختیار کاربران قرار می دهد. در مقایسه با راه‌حل‌های سنتی، آی‌سی منبع تغذیه خودران ZHIYUAN Electronics عملکردهای حفاظتی مانند حفاظت از اتصال کوتاه و حفاظت در برابر دما را یکپارچه می‌کند. این یکپارچگی و قابلیت اطمینان بالاتری دارد و از منبع تغذیه با راندمان بالا و پایدار در هر شرایط کاری اطمینان می دهد و می تواند ورودی/خروجی و ارتباط را برای کاربران فراهم کند. کاربردهایی مانند ایزوله، راه حل های منبع تغذیه استاندارد و قابل اعتمادی را ارائه می دهند.