Projeto térmico da fonte de alimentação

O problema térmico do módulo de energia prejudicará seriamente a confiabilidade do módulo e a taxa de falha do produto aumentará exponencialmente. O que devo fazer se o módulo de alimentação aquecer? Da perspectiva do projeto térmico do módulo, este artigo apresenta vários projetos de fontes de alimentação e soluções de aplicações e projetos de baixa temperatura e alta confiabilidade.

A alta temperatura tem uma grande influência na confiabilidade dos módulos de potência com alta densidade de potência. A alta temperatura fará com que a vida útil dos capacitores eletrolíticos diminua, as características de isolamento dos fios esmaltados do transformador, danos ao transistor, envelhecimento térmico do material, rachaduras de solda de baixo ponto de fusão, queda das juntas de solda e aumento do estresse mecânico entre os dispositivos. As estatísticas mostram que para cada aumento de 2 ° C na temperatura dos componentes eletrônicos, a confiabilidade diminui em 10%.

Como projetar as soluções térmicas?

Reduzir as perdas da estrutura do circuito e dos componentes: como a adoção de melhores métodos e tecnologias de controle, tecnologia de comutação suave de alta frequência, tecnologia de controle de deslocamento de fase, tecnologia de retificação síncrona, etc., além de selecionar componentes de baixa potência para reduzir o número de componentes de aquecimento, Aumente a largura da linha grossa impressa para melhorar a eficiência da fonte de alimentação;

A embalagem dos componentes tem grande influência no aumento da temperatura dos componentes. Por exemplo, devido à diferença de tecnologia, o tubo MOS embalado DFN é mais fácil de dissipar calor do que o tubo MOS embalado DPAK (TO252). Sob as mesmas condições de perda, o aumento de temperatura do primeiro será relativamente pequeno. Geralmente, quanto maior for a resistência da embalagem, maior será a potência nominal e, nas mesmas condições de perda, o aumento da temperatura da superfície será menor.

Às vezes, os parâmetros do circuito e o desempenho parecem normais, mas na verdade existem grandes problemas ocultos. Conforme mostrado na Figura 3, não há problema com o desempenho básico de um determinado circuito, mas em temperatura ambiente, a temperatura da superfície do resistor de acionamento do tubo MOS atingiu 95,2 ° C quando medida com um termovisor infravermelho. Em trabalho de longo prazo ou em ambiente de alta temperatura, os problemas de desgaste da resistência e danos ao módulo são muito fáceis de ocorrer. Ajustando os parâmetros do circuito, a perda de calor ôhmica do resistor é reduzida e o pacote do resistor é alterado de 0603 para 0805, o que reduz bastante a temperatura da superfície.

Design PCB otimizado design térmico

A área da capa de cobre do PCB, a espessura da capa de cobre, o material da placa e o número de camadas de PCB afetam a dissipação de calor do módulo. A placa FR4 (resina epóxi) comumente usada é um material de boa condutividade térmica e o calor dos componentes do PCB pode ser dissipado através do PCB. Em aplicações especiais, também existem placas com menor resistência térmica, como substratos de alumínio ou substratos de cerâmica.

O layout e o roteamento do PCB também devem considerar a dissipação de calor do módulo:

Os componentes com grande geração de calor devem evitar o layout de empilhamento e tentar manter o calor uniformemente distribuído na placa;

Os componentes sensíveis ao calor devem ser mantidos longe de fontes de calor, em particular;

Use PCB multicamadas quando necessário;

A parte traseira do elemento de potência é revestida com um plano de cobre para dissipar o calor, e usa" orifícios quentes" para transferir calor de um lado do PCB para o outro.

Use uma tecnologia de dissipação de calor mais eficaz: use a tecnologia de condução, radiação e convecção para transferir calor, incluindo o uso de radiadores, resfriamento de ar (convecção natural e resfriamento de ar forçado), resfriamento de líquido (água, óleo), resfriamento termoelétrico, tubos de calor, etc.

No design térmico, você também deve prestar atenção a:

Para módulos de energia com entrada de tensão ampla, os pontos de aquecimento e distribuição de calor da entrada de alta e baixa tensão são completamente diferentes e uma avaliação abrangente é necessária. O ponto de aquecimento e a distribuição de calor durante a proteção contra curto-circuito também devem ser avaliados;

Nos módulos de potência de envasamento, a cola de envasamento é um material com boa condutividade térmica. O aumento da temperatura da superfície dos componentes internos do módulo será ainda mais reduzido.

Além das técnicas de design térmico de fonte de alimentação mencionadas acima, módulos de energia DC-DC isolados de alto desempenho também podem ser selecionados diretamente, o que pode fornecer rapidamente uma solução de isolamento de fonte de alimentação altamente confiável para o sistema. Com base na acumulação de quase 20 anos de experiência em design de fonte de alimentação, a ZHIYUAN Electronics desenvolveu e projetou CIs de fonte de alimentação independentes para criar a série P de fontes de alimentação DC-DC de tensão constante otimizada para todas as condições de trabalho para atender às necessidades de todos os que trabalham condições e fornecer aos usuários um plano de soluções de fornecimento de energia estável e de alta qualidade. Comparado com as soluções tradicionais, o IC da fonte de alimentação autônoma da ZHIYUAN Electronics integra funções de proteção, como proteção contra curto-circuito e proteção contra superaquecimento. Possui maior integração e confiabilidade, garantindo alta eficiência e fonte de alimentação estável em todas as condições de trabalho, e pode fornecer aos usuários E / S e comunicação. Aplicações como isolamento fornecem soluções de fonte de alimentação padrão e confiáveis.