Thiết kế nhiệt của nguồn điện

Sự cố nhiệt của mô-đun nguồn sẽ gây tổn hại nghiêm trọng đến độ tin cậy của mô-đun và tỷ lệ hỏng hóc của sản phẩm sẽ tăng lên theo cấp số nhân. Tôi nên làm gì nếu mô-đun nguồn nóng lên? Từ quan điểm của thiết kế nhiệt mô-đun, bài viết này giới thiệu cho bạn các giải pháp ứng dụng và thiết kế cung cấp điện có độ tăng nhiệt thấp, độ tin cậy cao khác nhau.

Nhiệt độ cao có ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy của các mô-đun nguồn với mật độ công suất cao. Nhiệt độ cao sẽ làm cho tuổi thọ của tụ điện giảm, đặc tính cách điện của dây tráng men biến áp, hư hỏng transistor, lão hóa nhiệt vật liệu, nứt mối hàn điểm nóng chảy thấp, mối hàn rơi ra, ứng suất cơ học giữa các thiết bị tăng lên. Thống kê cho thấy cứ tăng 2 ° C nhiệt độ của linh kiện điện tử thì độ tin cậy giảm đi 10%.

Làm thế nào để thiết kế các giải pháp nhiệt?

Giảm tổn thất từ ​​cấu trúc mạch và các thành phần: chẳng hạn như áp dụng các phương pháp và công nghệ điều khiển tốt hơn, công nghệ chuyển mạch mềm tần số cao, công nghệ điều khiển dịch pha, công nghệ chỉnh lưu đồng bộ, v.v., ngoài việc lựa chọn các thành phần công suất thấp để giảm số lượng các thành phần gia nhiệt, Tăng chiều rộng của dòng in dày để cải thiện hiệu quả của việc cung cấp điện;

Việc đóng gói các thành phần có ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ tăng của các thành phần. Ví dụ, do sự khác biệt về công nghệ, ống MOS đóng gói DFN dễ tản nhiệt hơn ống MOS đóng gói DPAK (TO252). Trong các điều kiện tổn thất giống nhau, độ tăng nhiệt độ của thiết bị trước đây sẽ tương đối nhỏ. Nói chung, điện trở của gói càng lớn thì công suất định mức càng cao và trong cùng điều kiện tổn thất, độ tăng nhiệt độ bề mặt sẽ nhỏ hơn.

Đôi khi, các thông số và hiệu suất của mạch tưởng chừng như bình thường nhưng thực tế lại ẩn chứa những vấn đề lớn. Như trong Hình 3, không có vấn đề gì với hiệu suất cơ bản của một mạch nhất định, nhưng ở nhiệt độ phòng, nhiệt độ bề mặt của điện trở dẫn động của ống MOS đạt 95,2 ° C khi đo bằng máy ảnh nhiệt hồng ngoại. Trong điều kiện làm việc trong thời gian dài hoặc môi trường nhiệt độ cao, rất dễ xảy ra sự cố cháy điện trở và hư hỏng module. Bằng cách điều chỉnh các thông số mạch, tổn thất nhiệt ohmic của điện trở được giảm xuống và gói điện trở được thay đổi từ 0603 thành 0805, giúp giảm đáng kể nhiệt độ bề mặt.

Thiết kế PCB thiết kế nhiệt tối ưu hóa

Diện tích lớp vỏ đồng của PCB, độ dày của lớp vỏ đồng, chất liệu của bo mạch và số lượng lớp PCB đều ảnh hưởng đến sự tản nhiệt của mô-đun. Bo mạch thường được sử dụng FR4 (nhựa epoxy) là vật liệu dẫn nhiệt tốt, nhiệt của các thành phần trên PCB có thể được tản ra qua PCB. Trong các ứng dụng đặc biệt, cũng có những tấm có khả năng chịu nhiệt thấp hơn như nền nhôm hoặc nền gốm.

Cách bố trí và định tuyến của PCB cũng nên xem xét khả năng tản nhiệt của mô-đun:

Các linh kiện tỏa nhiệt lớn nên tránh bố trí xếp chồng lên nhau, và cố gắng giữ nhiệt phân bố đều trên bo mạch;

Đặc biệt, các bộ phận nhạy cảm với nhiệt phải được tránh xa các nguồn nhiệt;

Sử dụng PCB nhiều lớp khi cần thiết;

Mặt sau của phần tử nguồn được phủ một mặt phẳng đồng để tản nhiệt và sử dụng các lỗ nóng"" để truyền nhiệt từ mặt này sang mặt kia của PCB.

Sử dụng công nghệ tản nhiệt hiệu quả hơn: sử dụng công nghệ dẫn truyền, bức xạ và đối lưu để truyền nhiệt, bao gồm việc sử dụng bộ tản nhiệt, làm mát không khí (đối lưu tự nhiên và làm mát không khí cưỡng bức), làm mát bằng chất lỏng (nước, dầu), làm mát nhiệt điện, ống dẫn nhiệt, Vân vân. .

Trong thiết kế nhiệt, bạn cũng phải chú ý đến:

Đối với mô-đun nguồn có đầu vào điện áp rộng, điểm phát nhiệt và sự phân bố nhiệt của đầu vào điện áp cao và đầu vào điện áp thấp là hoàn toàn khác nhau, và cần phải đánh giá toàn diện. Điểm phát nhiệt và sự phân bố nhiệt trong quá trình bảo vệ ngắn mạch cũng cần được đánh giá;

Trong các loại modul điện ruột bầu, keo dán ruột bầu là vật liệu có khả năng dẫn nhiệt tốt. Sự tăng nhiệt độ bề mặt của các thành phần bên trong mô-đun sẽ được giảm hơn nữa.

Ngoài các kỹ thuật thiết kế nhiệt bộ nguồn được đề cập ở trên, các mô-đun nguồn DC-DC cách ly hiệu suất cao cũng có thể được lựa chọn trực tiếp, có thể nhanh chóng cung cấp giải pháp cách ly nguồn điện có độ tin cậy cao cho hệ thống. Dựa trên sự tích lũy gần 20 năm kinh nghiệm thiết kế bộ nguồn, ZHIYUAN Electronics đã phát triển và thiết kế độc lập các IC cấp nguồn độc lập để tạo ra dòng P bộ nguồn DC-DC điện áp không đổi được tối ưu hóa cho mọi điều kiện làm việc nhằm đáp ứng nhu cầu của mọi công việc. điều kiện và cung cấp cho người sử dụng phương án cung cấp điện ổn định, chất lượng cao. So với các giải pháp truyền thống, IC cấp nguồn tự động của ZHIYUAN Electronics tích hợp các chức năng bảo vệ như bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá nhiệt. Nó có khả năng tích hợp và độ tin cậy cao hơn, đảm bảo cung cấp năng lượng hiệu quả cao và ổn định trong mọi điều kiện làm việc, đồng thời có thể cung cấp cho người dùng I / O và giao tiếp. Các ứng dụng như cách ly cung cấp các giải pháp cung cấp điện tiêu chuẩn và đáng tin cậy.