Chlazení napájení pro optimalizaci výkonu okruhu a nákladů

Tepelná simulace je důležitou součástí vývoje energetických produktů a poskytování pokynů pro materiály výrobků. Optimalizace velikosti modulu je vývojovým trendem konstrukce koncových zařízení, který přináší konverzi řízení odvodu tepla z kovového chladiče na měděnou vrstvu PCB. Některé moduly dnes používají nižší spínací frekvence pro spínané napájecí zdroje a velké pasivní komponenty. Pro konverzi napětí a klidový proud pohánějící vnitřní obvod je účinnost lineárního regulátoru relativně nízká.

Jak se funkce stávají hojnějšími, výkon se stává vyšším a vyšším a konstrukce zařízení se stává stále kompaktnější. V této době se simulace odvodu tepla na úrovni IC a systému stává velmi důležitou.

Teplota pracovního prostředí některých aplikací je 70 až 125 °C a teplota některých automobilových aplikací s velikostí zápustky je dokonce až 140 °C. Pro tyto aplikace je velmi důležitý nepřetržitý provoz systému. Při optimalizaci elektronických návrhů je stále důležitější přesná termická analýza v přechodových a statických nejhorších scénářích pro výše uvedené dva typy aplikací.

Dráhy odvodu tepla a tepelného odporu se liší podle různých metod implementace: Podložky pro odvod tepla připojené k vnitřnímu panelu chladiče nebo otvory pro odvod tepla na křižovatce výčnělků. Pomocí pájky připojte exponovanou tepelnou podložku nebo připojení nárazu k horní vrstvě desky plošných spojů. Otvor na desce plošných spojů pod exponovanou tepelnou podložkou nebo připojením hrbolu, které lze připojit k rozšířené základně chladiče připojené k kovovému pouzdru modulu. Pomocí kovových šroubů připojte chladič k chladiči na horní nebo spodní měděné vrstvě desky plošných spojů kovového pláště. Pomocí pájky připojte exponovanou tepelnou podložku nebo připojení nárazu k horní vrstvě desky plošných spojů. Kromě toho je hmotnost nebo tloušťka měděného pokovení použitého na každé vrstvě desky plošných spojů velmi kritická. Z hlediska analýzy tepelného odporu jsou tímto parametrem přímo ovlivněny vrstvy spojené s exponovanými podložkami nebo hrboly. Obecně řečeno, jedná se o horní, chladič a spodní vrstvy ve vícevrstvé desce s plošnými spoji. Ve většině aplikací to může být dvouuncová měď (2 unce mědi = 2,8 mil nebo 71 μm) vnější vrstva a 1-unce mědi (1 unce mědi = 1,4 mil nebo 35 μm) vnitřní vrstva, nebo všechny jsou 1 unce těžké měděné plátované vrstvy. V aplikacích spotřební elektroniky některé aplikace dokonce používají vrstvu 0,5 unce mědi (0,5 unce mědi = 0,7 mil nebo 18 μm).

Data modelu

Simulace teploty zápustky vyžaduje diagram rozvržení IC, který zahrnuje všechny výkonové FET na matrici a skutečné polohy, které jsou v souladu se zásadami balení a pájení.

Velikost a poměr stran každého FET jsou velmi důležité pro distribuci tepla. Dalším důležitým faktorem, který je třeba zvážit, je, zda jsou FET napájeny současně nebo postupně. Přesnost modelu závisí na fyzikálních datech a použitých materiálových vlastnostech.               Statická nebo průměrná analýza výkonu modelu vyžaduje pouze krátkou dobu výpočtu a ke konvergenci dochází, jakmile je zaznamenána maximální teplota.

Přechodová analýza vyžaduje data porovnání doby napájení. Použili jsme lepší analytický postup než pouzdro spínaného napájecího zdroje k zaznamenání dat, abychom přesně zachytili nárůst špičkové teploty během rychlých výkonových impulzů. Tento typ analýzy je obecně časově náročný a vyžaduje více vstupů dat než simulace statického výkonu.

Tento model může simulovat epoxidové póry v oblasti připojení matrice nebo pokovovací póry chladiče PCB. V obou případech epoxidové/pokovovací póry ovlivní tepelný odpor obalu.

Tepelná simulace je důležitou součástí vývoje energetických produktů. Kromě toho vás může také vést k nastavení parametrů tepelného odporu, které pokrývají celý rozsah od přechodu FET křemíkového čipu až po implementaci různých materiálů do výrobku. Jakmile pochopíme různé cesty tepelného odporu, můžeme optimalizovat mnoho systémů pro všechny aplikace.

Tyto údaje lze také použít ke stanovení korelace mezi faktorem snížení výkonu a zvýšením okolní provozní teploty. Tyto výsledky lze použít k tomu, aby pomohly týmům vývoje produktů vyvíjet jejich návrhy.