Chlazení napájecího zdroje pro optimalizaci výkonu obvodu a nákladů

Tepelná simulace je důležitou součástí vývoje energetických produktů a poskytování pokynů pro materiály produktů. Vývojovým trendem designu koncových zařízení je optimalizace velikosti modulu, která přináší konverzi managementu odvodu tepla z kovového chladiče na měděnou vrstvu DPS. Některé moduly dnes používají nižší spínací frekvence pro spínané zdroje a velké pasivní součástky. Pro konverzi napětí a klidový proud pohánějící vnitřní obvod je účinnost lineárního regulátoru relativně nízká.

Jak se funkce stávají hojnějšími, výkon se zvyšuje a zvyšuje a design zařízení je stále kompaktnější. V tomto okamžiku se stává velmi důležitá simulace odvodu tepla na úrovni IC a systému.

Teplota pracovního prostředí některých aplikací je 70 až 125 °C a teplota některých aplikací v automobilovém průmyslu je dokonce až 140 °C. Pro tyto aplikace je velmi důležitý nepřerušovaný provoz systému. Při optimalizaci elektronických návrhů je stále důležitější přesná tepelná analýza za přechodových a statických nejhorších scénářů pro výše uvedené dva typy aplikací.

Dráhy odvodu tepla a tepelného odporu se liší podle různých způsobů implementace: Podložky pro odvod tepla připojené k vnitřnímu panelu chladiče nebo otvory pro odvod tepla na spoji výstupků. Pomocí pájky připojte odkrytou tepelnou podložku nebo nárazový spoj k horní vrstvě desky plošných spojů. Otvor na desce plošných spojů pod odkrytou tepelnou podložkou nebo hrbolkovým spojem, který lze připojit k rozšířené základně chladiče připojené ke kovovému krytu modulu' Pomocí kovových šroubů připojte chladič k chladiči na horní nebo spodní měděné vrstvě desky plošných spojů kovového pláště. Pomocí pájky připojte odkrytou tepelnou podložku nebo nárazový spoj k horní vrstvě desky plošných spojů. Kromě toho je velmi kritická hmotnost nebo tloušťka měděného pokovení použitého na každé vrstvě PCB. Z hlediska analýzy tepelného odporu jsou tímto parametrem přímo ovlivněny vrstvy připojené k exponovaným podložkám nebo hrbolkům. Obecně řečeno, jedná se o horní, chladič a spodní vrstvu vícevrstvé desky s plošnými spoji. Ve většině aplikací to může být dvouuncová měděná (2 unce mědi=2,8 mil nebo 71 µm) vnější vrstva a 1uncová měděná (1 unce mědi=1,4 mil nebo 35 µm) vnitřní vrstva, nebo všechny 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).

Modelová data

Simulace teploty matrice vyžaduje schéma rozložení IC, které zahrnuje všechny výkonové FETy na matrici a skutečné polohy, které odpovídají principům 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 FETy napájeny současně nebo postupně. Přesnost modelu závisí na fyzikálních datech a použitých materiálových vlastnostech.

Statická nebo průměrná výkonová analýza modelu vyžaduje pouze krátkou dobu výpočtu a ke konvergenci dochází, jakmile je zaznamenána maximální teplota.

Analýza přechodných jevů vyžaduje data porovnání výkonu a času. Použili jsme lepší analytický postup než případ spínaného zdroje pro záznam dat, abychom přesně zachytili vrcholový nárůst teploty během rychlých pulzů napájení. Tento typ analýzy je obecně časově náročný a vyžaduje více 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 tepelnou odolnost obalu.

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

Tato data lze také použít ke stanovení korelace mezi faktorem snížení a nárůstem okolní provozní teploty. Tyto výsledky mohou být použity k tomu, aby pomohly týmům vývoje produktů při vývoji jejich návrhů.