Teknik PCB - Analisis rancangan panas bagi bekalan kuasa tukar papan frekuensi tinggi

1. Perkenalan · Produk elektronik biasanya mempunyai keperluan ketat pada suhu operasi. Tingkat suhu berlebihan di dalam peralatan bekalan kuasa akan menyebabkan kegagalan peralatan semikonduktor sensitif suhu, kondensator elektrolitik dan komponen lain. Apabila suhu melebihi nilai tertentu, kadar kegagalan meningkat secara eksponensial. Statistik menunjukkan bahawa kepercayaan komponen elektronik menurun dengan 10% setiap kali suhu komponen elektronik meningkat dengan 2°C; jangka hidup pada meningkat suhu 50°C hanya 1/6 daripada yang pada meningkat suhu 25°C. Oleh itu, peralatan elektronik akan memenuhi keperluan untuk mengawal naik suhu seluruh chassis dan komponen dalaman. Ini adalah rancangan panas peralatan elektronik. Untuk papan frekuensi tinggi menukar bekalan kuasa, yang mempunyai peranti pemanasan kuasa tinggi, suhu adalah faktor paling penting yang mempengaruhi kepercayaan mereka. Untuk sebab ini, terdapat keperluan ketat pada rancangan panas keseluruhan. Rancangan panas lengkap termasuk dua aspek: bagaimana mengawal panas yang dihasilkan oleh sumber panas; bagaimana untuk menghapuskan panas yang dihasilkan oleh sumber panas. Tujuan utama adalah bagaimana mengawal suhu peralatan elektronik selepas keseimbangan panas mencapai dalam julat yang dibenarkan.

2. Rancangan kawalan pemanasan · Komponen pemanasan utama dalam bekalan kuasa penukaran ialah paip penukar setengah konduktor (seperti MOSFET, IGBT, GTR, SCR, dll.), diod kuasa tinggi (seperti diod pemulihan ultra-pantas, diod Schottky, dll.), penukar frekuensi tinggi, induktor penapis dan komponen magnetik lain Dan muatan palsu, dll. Terdapat kaedah yang berbeza untuk mengawal generasi panas bagi setiap jenis unsur pemanasan.2.1 Kurangkan generasi panas bagi tombol kuasa. Tub tombol adalah salah satu komponen yang menghasilkan lebih panas dalam bekalan kuasa pemindahan frekuensi tinggi. Kekurangan panasnya tidak hanya boleh meningkatkan kepercayaan tabung tukar sendiri, tetapi juga mengurangkan suhu seluruh mesin, meningkatkan efisiensi seluruh mesin dan masa rata diantara kegagalan. (MTBF). Apabila tabung tukar dalam operasi normal, ia berada dalam dua keadaan menyala dan mati, dan kerugian yang dijana boleh dibahagikan kepada kerugian yang disebabkan oleh dua keadaan kritik dan kerugian yang disebabkan oleh keadaan menyala. Di antara mereka, kehilangan dalam keadaan ditentukan oleh perlawanan dalam keadaan tub tukar sendiri. Kehilangan ini boleh dikurangkan dengan memilih tabung tombol penolakan rendah. Keperlawanan MOSFET pada keadaan lebih besar daripada yang IGBT, tetapi frekuensi operasinya lebih tinggi, jadi ia masih peranti yang disukai untuk menukar desain bekalan kuasa. Sekarang kuasa IRL3713 seri baru IR HEXFET (transistor efek medan heksagonal) MOSFET telah mencapai 3mΩ perlawanan pada keadaan, sehingga peranti ini mempunyai kehilangan kondukti yang lebih rendah, muatan pintu dan kehilangan tukar. Syarikat APT Amerika juga mempunyai produk yang sama. Kehilangan dalam dua keadaan kritik menyalakan dan matikan juga boleh dikurangkan dengan memilih peranti dengan kelajuan tukar yang lebih cepat dan masa pemulihan yang lebih pendek. Tetapi perkara yang lebih penting adalah untuk mengurangi kerugian dengan merancang kaedah kawalan yang lebih baik dan teknik penimbal. Kaedah ini boleh menunjukkan keuntungan bila frekuensi tukar lebih tinggi. Contohnya, pelbagai teknologi penukaran lembut boleh benarkan tabung penukaran dimatikan atau dimatikan dalam tenaga sifar dan keadaan semasa sifar, dengan itu mengurangkan banyak kerugian disebabkan oleh kedua-dua keadaan ini. Namun, beberapa penghasil masih menggunakan teknologi penukaran keras dari perspektif kos, dan mereka boleh mengurangi kehilangan tabung penukaran dan meningkatkan kepercayaannya melalui berbagai jenis teknologi penimbal.2.2 Kurangkan generasi panas diod kuasa dalam bekalan kuasa penukaran frekuensi tinggi, terdapat banyak aplikasi diod kuasa, - dan jenis yang dipilih juga berbeza. Untuk dioda kuasa yang membetulkan semasa penggantian input 50Hz ke semasa langsung dan dioda pemulihan pantas dalam sirkuit snubber, dalam keadaan normal, tidak akan ada teknologi kawalan yang lebih baik untuk mengurangi kehilangan, dan hanya peranti kualiti tinggi boleh dipilih, seperti penggunaan tegangan kondukti. Diod Schottky rendah atau diod pemulihan ultra-pantas dengan kelajuan matian lebih cepat dan pemulihan lembut untuk mengurangi kerugian dan panas. Sirkuit penyesuaian di sisi sekunder penyesuaian frekuensi tinggi juga boleh menerima kaedah penyesuaian sinkronik untuk mengurangi lebih lanjut kehilangan tenaga penyesuaian dan generasi panas, tetapi kedua-dua akan meningkatkan kos. Oleh itu, bagaimana penghasil menangkap keseimbangan antara prestasi dan kos dan mencapai prestasi kos tertinggi adalah satu soalan yang layak untuk kaji.2.3 Kurangkan pemanasan komponen magnetik seperti pengubah frekuensi tinggi dan induktor penapis Penginduktor penapis penyimpanan tenaga, bekalan tenaga terpisah, dan pengubah frekuensi tinggi. Mereka akan menghasilkan kerugian tembaga atau kurang dan kerugian besi semasa bekerja, dan kerugian-kerugian ini dikeluarkan dalam bentuk panas. Terutama untuk induktor dan pengubah, arus frekuensi tinggi yang mengalir dalam kolam akan menggandakan kehilangan tembaga disebabkan kesan kulit, jadi kehilangan disebabkan oleh induktor dan pengubah menjadi bahagian yang tidak terlepas. Oleh itu, dalam rancangan, wayar enamel tipis berbilang patut digunakan untuk mengalirkan selari, atau lembaran tembaga lebar dan tipis patut digunakan untuk mengalirkan pengaruh kesan kulit. Keras magnetik biasanya dibuat dari bahan ferrit berkualiti tinggi, seperti bahan magnetik TDK yang dihasilkan di Jepun. Margin tertentu patut ditinggalkan dalam pemilihan model untuk mencegah ketepuan magnetik. Ini terutama benar untuk bekalan kuasa dengan unit sumber PFC. Apabila bekalan kuasa tukar berfungsi, muatan dummy mesti melepasi sejumlah kecil semasa, yang tidak hanya akan mengurangkan efisiensi bekalan kuasa tukar, tetapi juga generasi panasnya adalah faktor yang mempengaruhi kestabilan panas seluruh mesin. Kedudukan muatan dummy pada papan cetak (PCB) sering sangat dekat dengan kondensator elektrolitik yang digunakan untuk penapis output, dan kondensator elektrolitik sangat sensitif kepada suhu. Oleh itu, perlu mengurangi nilai kalorifik muatan dummy. Cara yang lebih boleh dilakukan adalah untuk merancang muatan dummy sebagai kaedah impedance pembolehubah. Saiz impedance muatan dummy dikawal dengan mengesan arus output bekalan kuasa tukar. Apabila bekalan kuasa berada dalam muatan normal, muatan dummy keluar dari keadaan konsumsi semasa; apabila tiada muatan, muatan dummy memakan arus terbesar. Ini tidak akan mempengaruhi kestabilan bekalan kuasa tanpa beban, dan tidak akan mengurangi efisiensi bekalan kuasa dan menghasilkan sejumlah besar panas yang tidak diperlukan.3. Kaedah asas penyisipan panas3.1 Kaedah penyisipan panas dan kaedah pengiraannya Ada tiga cara asas penyisipan panas: kondukti panas, konvektio