Diseño térmico de fuente de alimentación.
El problema térmico del módulo de potencia dañará seriamente la confiabilidad del módulo y la tasa de fallas del producto aumentará exponencialmente. ¿Qué debo hacer si el módulo de potencia se calienta? Desde la perspectiva del diseño térmico del módulo, este artículo le presenta varias soluciones de aplicación y diseño de fuente de alimentación de alta confiabilidad y aumento de temperatura baja.
Las altas temperaturas tienen una gran influencia en la fiabilidad de los módulos de potencia con alta densidad de potencia. La alta temperatura hará que la vida útil de los condensadores electrolíticos disminuya, las características de aislamiento de los cables esmaltados del transformador, el daño del transistor, el envejecimiento térmico del material, el agrietamiento de la soldadura de bajo punto de fusión, la caída de las juntas de soldadura y el aumento de la tensión mecánica entre los dispositivos. Las estadísticas muestran que por cada aumento de 2 ° C en la temperatura de los componentes electrónicos, la confiabilidad disminuye en un 10%.
¿Cómo diseñar las soluciones térmicas?
Reducir las pérdidas de la estructura y los componentes del circuito: como adoptar mejores métodos y tecnologías de control, tecnología de conmutación suave de alta frecuencia, tecnología de control de desplazamiento de fase, tecnología de rectificación síncrona, etc., además de seleccionar componentes de baja potencia para reducir la número de componentes de calefacción, aumentar el ancho de la línea gruesa impresa para mejorar la eficiencia de la fuente de alimentación;
El embalaje de componentes tiene una gran influencia en el aumento de temperatura de los componentes. Por ejemplo, debido a la diferencia en la tecnología, el tubo MOS empaquetado DFN es más fácil de disipar el calor que el tubo MOS empaquetado DPAK (TO252). En las mismas condiciones de pérdida, el aumento de temperatura del primero será relativamente pequeño. Generalmente, cuanto mayor es la resistencia del paquete, mayor es la potencia nominal y, en las mismas condiciones de pérdida, el aumento de temperatura de la superficie será menor.
A veces, los parámetros y el rendimiento del circuito parecen ser normales, pero de hecho hay grandes problemas ocultos. Como se muestra en la Figura 3, no hay ningún problema con el rendimiento básico de un determinado circuito, pero a temperatura ambiente, la temperatura de la superficie de la resistencia de activación del tubo MOS alcanzó los 95,2 ° C cuando se midió con una cámara termográfica infrarroja. En condiciones de trabajo a largo plazo o en entornos de alta temperatura, los problemas de desgaste de la resistencia y daño del módulo son muy fáciles de producir. Al ajustar los parámetros del circuito, se reduce la pérdida de calor óhmico de la resistencia y el paquete de resistencia se cambia de 0603 a 0805, lo que reduce en gran medida la temperatura de la superficie.
Diseño de PCB diseño térmico optimizado
El área de la capa de cobre de la PCB, el grosor de la capa de cobre, el material de la placa y el número de capas de PCB afectan la disipación de calor del módulo. La placa FR4 (resina epoxi) de uso común es un material de buena conductividad térmica y el calor de los componentes de la PCB se puede disipar a través de la PCB. En aplicaciones especiales, también existen placas con menor resistencia térmica como sustratos de aluminio o sustratos cerámicos.
El diseño y el enrutamiento de la PCB también deben considerar la disipación de calor del módulo:
Los componentes con gran generación de calor deben evitar el diseño de apilamiento y tratar de mantener el calor distribuido uniformemente en la placa;
Los componentes sensibles al calor deben mantenerse alejados de las fuentes de calor en particular;
Utilice PCB multicapa cuando sea necesario;
La parte posterior del elemento de poder está recubierta con un plano de cobre para disipar el calor, y usa&"agujeros calientes &" para transferir calor de un lado del PCB al otro.
Utilice tecnología de disipación de calor más eficaz: utilice tecnología de conducción, radiación y convección para transferir calor, incluido el uso de radiadores, refrigeración por aire (convección natural y refrigeración por aire forzado), refrigeración líquida (agua, aceite), refrigeración termoeléctrica, tubos de calor, etc.
En diseño térmico, también debes prestar atención a:
Para los módulos de potencia con entrada de voltaje amplio, los puntos de calentamiento y la distribución de calor de la entrada de alto voltaje y la entrada de bajo voltaje son completamente diferentes, y se requiere una evaluación completa. También deben evaluarse el punto de calentamiento y la distribución del calor durante la protección contra cortocircuitos;
En los módulos de potencia para macetas, el pegamento para macetas es un material con buena conductividad térmica. El aumento de temperatura de la superficie de los componentes internos del módulo se reducirá aún más.
Además de las técnicas de diseño térmico de la fuente de alimentación mencionadas anteriormente, también se pueden seleccionar directamente módulos de alimentación CC-CC aislados de alto rendimiento, lo que puede proporcionar rápidamente una solución de aislamiento de la fuente de alimentación altamente confiable para el sistema. Sobre la base de la acumulación de casi 20 años de experiencia en el diseño de fuentes de alimentación, ZHIYUAN Electronics ha desarrollado y diseñado de forma independiente circuitos integrados de fuentes de alimentación independientes para crear la serie P de fuentes de alimentación CC-CC de voltaje constante optimizadas para todas las condiciones de trabajo para satisfacer las necesidades de todos los trabajadores. condiciones y proporcionar a los usuarios un plan de soluciones de suministro de energía estable y de alta calidad. En comparación con las soluciones tradicionales, la fuente de alimentación autónoma IC de ZHIYUAN Electronics integra funciones de protección como protección contra cortocircuitos y protección contra sobrecalentamiento. Tiene una mayor integración y confiabilidad, lo que garantiza un suministro de energía estable y de alta eficiencia en todas las condiciones de trabajo, y puede proporcionar a los usuarios E / S y comunicación. Las aplicaciones como el aislamiento brindan soluciones de suministro de energía estándar y confiables.
