Conception thermique de l'alimentation

Le problème thermique du module d'alimentation nuira gravement à la fiabilité du module et le taux de défaillance du produit augmentera de façon exponentielle. Que faire si le module d'alimentation chauffe ? Du point de vue de la conception thermique des modules, cet article vous présente diverses solutions de conception et d'application d'alimentation électrique à faible élévation de température et haute fiabilité.

Une température élevée a une grande influence sur la fiabilité des modules de puissance à haute densité de puissance. Les températures élevées réduiront la durée de vie des condensateurs électrolytiques, les caractéristiques d'isolation des fils émaillés des transformateurs, les dommages aux transistors, le vieillissement thermique des matériaux, la fissuration des soudures à bas point de fusion, la chute des joints de soudure et l'augmentation des contraintes mécaniques entre les appareils. Les statistiques montrent que pour chaque augmentation de 2°C de la température des composants électroniques, la fiabilité diminue de 10 %.

Comment concevoir les solutions thermiques ?

Réduire les pertes de la structure et des composants du circuit : telles que l'adoption de meilleures méthodes et technologies de contrôle, la technologie de commutation douce à haute fréquence, la technologie de contrôle de déphasage, la technologie de redressement synchrone, etc., en plus de sélectionner des composants à faible puissance pour réduire le nombre de composants chauffants, augmenter la largeur de la ligne imprimée épaisse pour améliorer l'efficacité de l'alimentation électrique;

L'emballage des composants a une grande influence sur l'échauffement des composants. Par exemple, en raison de la différence de technologie, le tube MOS en boîtier DFN est plus facile à dissiper la chaleur que le tube MOS en boîtier DPAK (TO252). Dans les mêmes conditions de perte, l'échauffement du premier sera relativement faible. Généralement, plus la résistance du boîtier est grande, plus la puissance nominale est élevée et, dans les mêmes conditions de perte, l'élévation de température de surface sera plus faible.

Parfois, les paramètres et les performances du circuit semblent normaux, mais en fait, de gros problèmes sont cachés. Comme le montre la figure 3, il n'y a aucun problème avec les performances de base d'un certain circuit, mais à température ambiante, la température de surface de la résistance d'attaque du tube MOS atteint 95,2 °C lorsqu'elle est mesurée avec une caméra infrarouge thermique. Dans le cadre d'un travail à long terme ou d'un environnement à haute température, les problèmes d'épuisement de la résistance et d'endommagement du module sont très faciles à survenir. En ajustant les paramètres du circuit, la perte de chaleur ohmique de la résistance est réduite et le boîtier de résistance est modifié de 0603 à 0805, ce qui réduit considérablement la température de surface.

Conception de circuits imprimés Conception thermique optimisée

La surface de la peau en cuivre du PCB, l'épaisseur de la peau en cuivre, le matériau de la carte et le nombre de couches de PCB affectent tous la dissipation thermique du module. La carte FR4 (résine époxy) couramment utilisée est un bon matériau de conductivité thermique, et la chaleur des composants sur le PCB peut être dissipée à travers le PCB. Dans des applications spéciales, il existe également des plaques à plus faible résistance thermique telles que des substrats en aluminium ou des substrats en céramique.

La disposition et le routage du PCB doivent également prendre en compte la dissipation thermique du module :

Les composants avec une grande génération de chaleur doivent éviter l'empilement de la disposition et essayer de maintenir la chaleur uniformément répartie sur la carte ;

Les composants sensibles à la chaleur doivent être tenus à l'écart des sources de chaleur en particulier ;

Utilisez un PCB multicouche si nécessaire ;

L'arrière de l'élément de puissance est recouvert d'un plan de cuivre pour dissiper la chaleur et utilise"hot trous" pour transférer la chaleur d'un côté du PCB à l'autre.

Utiliser une technologie de dissipation thermique plus efficace : utiliser la technologie de conduction, de rayonnement et de convection pour transférer la chaleur, y compris l'utilisation de radiateurs, le refroidissement par air (convection naturelle et refroidissement par air forcé), le refroidissement liquide (eau, huile), le refroidissement thermoélectrique, les caloducs, etc. .

En conception thermique, vous devez également faire attention à :

Pour les modules de puissance avec entrée large tension, les points de chauffage et la répartition de la chaleur de l'entrée haute tension et de l'entrée basse tension sont complètement différents et une évaluation complète est nécessaire. Le point de chauffage et la répartition de la chaleur pendant la protection contre les courts-circuits doivent également être évalués ;

Dans les modules de puissance d'empotage, la colle d'empotage est un matériau avec une bonne conductivité thermique. L'échauffement de surface des composants internes du module sera encore réduit.

En plus des techniques de conception thermique d'alimentation mentionnées ci-dessus, des modules d'alimentation CC-CC isolés hautes performances peuvent également être directement sélectionnés, ce qui peut rapidement fournir une solution d'isolation d'alimentation très fiable pour le système. Sur la base de l'accumulation de près de 20 ans d'expérience dans la conception d'alimentations, ZHIYUAN Electronics a développé et conçu de manière indépendante des circuits intégrés d'alimentation indépendants pour créer la série P d'alimentations DC-DC optimisées à tension constante pour toutes les conditions de travail afin de répondre aux besoins de tous les utilisateurs. conditions et fournir aux utilisateurs un plan de solutions d'alimentation stable et de haute qualité. Comparé aux solutions traditionnelles, le circuit intégré d'alimentation autonome de ZHIYUAN Electronics intègre des fonctions de protection telles que la protection contre les courts-circuits et la protection contre les surchauffes. Il présente une intégration et une fiabilité supérieures, garantissant une alimentation électrique à haut rendement et stable dans toutes les conditions de travail, et peut fournir aux utilisateurs des E/S et des communications. Des applications telles que l'isolation fournissent des solutions d'alimentation standard et fiables.