Технология PCB - теплопроектный анализ питания выключателем высокочастотных щитов

1. Введение
 
Электронные продукты обычно предъявляют строгие требования к рабочей температуре. Чрезмерное повышение температуры внутри оборудования электропитания приведет к выходу из строя термочувствительных полупроводниковых приборов, электролитического конденсатора и других компонентов. когда температура превышает заданное значение, частота отказов увеличивается в геометрической прогрессии. статистика показывает, что устойчивость электронных элементов к выбросу на 10% при переходе на 2°C; при температуре 50°C, срок службы составляет всего один год./при изменении температуры на 25°C Температура падения на 6%. поэтому электронное оборудование будет соответствовать требованиям управления подъемом температуры всего корпуса и внутренней сети. Это тепловой расчет электронного оборудования. Для импульсных источников питания печатных плат, имеющих высокую емкость, температура является наиболее важным фактором, влияющим на их надежность. поэтому к общему тепловому расчету предъявляются строгие требования. полное тепловое проектирование состоит из двух аспектов: как контролировать тепло, потребляемое из источника; как разогнать тепло. Конечная цель состоит в том, как контролировать температуру электронного оборудования после достижения теплового равновесия в допустимых пределах.

2. Конструкция управления отоплением
 
Основными нагревательными элементами в коммутационном питании являются полупроводниковые коммутационные лампы (такие как MOSFET, IGBT, Глобальный технический регламент, SCR, сорт.), мощные диоды (такие как сверхбыстровосстанавливающиеся диоды, диоды Шоттки, сорт.), высоковысокая. частотные трансформаторы, индуктивность фильтра и другие магнитные элементы и ложная нагрузка, сортировка. Для каждого типа нагревательного элемента существуют разные методы контроля выработки тепла.
 
2.1 Уменьшение тепловыделения выключателя питания
 
Переключающая трубка является одним из компонентов, выделяющих больше тепла в высокочастотном импульсном источнике питания. снижение теплоты не только повышает надежность самой коммутационной трубы, но и снижает температуру всей машины, повышая эффективность машины в целом и среднее время без отказа. (MTBF). Когда лампа выключателя находится в рабочем состоянии, она находится в двух состояниях: включено и выключено. Среди них, изоляция в цепи полного сопротивления в цепи пропускания самой трубы переключателя. эта потеря может быть снижена путем выбора переключателя переключения сопротивления. Сопротивление MOSFET в открытом состоянии больше, чем у IGBT, поэтому он по-прежнему является предпочтительным устройством для импульсных источников питания. Теперь новый мощный полевой МОП-транзистор IRL3713 серии IRL3713 компании IR имеет сопротивление в открытом состоянии 3 мОм. Подобные продукты есть и у американской компании APT. Потери в двух критических состояниях включения и выключения также можно уменьшить, выбрав устройства с более высокой скоростью переключения и более коротким временем восстановления. Однако еще более важно уменьшить потери за счет разработки более совершенных методов контроля и методов буферизации. Этот метод может показать преимущества, когда частота коммутации выше. например, различные варианты мягких выключателей включают или выключают переключатели в режиме нулевого напряжения и нулевого тока, тем самым значительно уменьшая потери, вызванные этими двумя состояниями. Однако некоторые производители по-прежнему используют технологию жесткого переключения с точки зрения затрат, с помощью различных буферных технологий они могут уменьшить потери и повысить надежность переключателей.
 
2.2 Уменьшить тепловыделение силового диода
 
В высокочастотном импульсном источнике питания, мощном диоде и выбранных типах также различаются. быстровосстанавливающийся диод в силовых диодах и буферных схемах для входной коммутации потребляет ток 50 Гц при постоянном токе, в нормальных условиях, не будет лучшей технологии управления для снижения потерь, и выбор только превосходных устройств, таких как использование напряжения проводимости. низкий диод Шотки или сверхбыстровосстанавливающийся диод с более высокой потребностью в снижении потребления и восстановлением восстановления для снижения потерь и тепла. Цепь выпрямителя на вторичной стороне высокочастотного трансформатора также может использовать синхронный выпрямительный режим, чтобы увеличить уменьшение мощности и тепловыделения при выпрямлении и перепаде давления, но обе они увеличат стоимость. следовательно, как производитель улавливает баланс между производительностью и стоимостью и достигает наилучшего соотношения цены и качества, является вопросом, заслуживающим изучения.
 
2.3 Уменьшить нагрев магнитных компонентов, таких как высокочастотные трансформаторы и индукторы фильтров.
В импульсных источниках питания высокой частоты незаменимы различные магнитные компоненты, например, блокировка в фильтре, накопительная фильтрация, изолированные источники питания, трансформаторы высокой частоты. во время работы они вызывают или более менее медные и железные потери, эти потери высвобождаются в горячей форме. В частности, для катушек индуктивности и трансформаторов ток высокой частоты, протекающий в катушках, удваивает потери в меди из-за скин-эффекта. Поэтому в проекте следует использовать несколько тонких эмалированных проводов для параллельной намотки, или использовать широкие и крупные медные пластины для вращения, чтобы уменьшить влияние скин-эффекта. Магнитопровод обычно изготавливается из высококачественного ферритового материала, например, магнитные материалы TDK, произведенные в Японии. При выборе модели должен быть оставлен определенный запас для предотвращения магнитного насыщения.
 
2.4 Уменьшить теплотворную способность фальшивой загрузки
 
Во избежание повышения напряжения, вызванного состоянием холостого хода, выключатель питания имеет большую мощность, обычно оснащенную резистором, большую мощность с высокой нагрузкой. Это особенно актуально для источников питания с исходными блоками ККМ. выключать питание при работе, имитатор нагрузки должен пропускать небольшую величину тока, Это не только высокая эффективность переключателя питания, но и его тепловыделение является фактором, влияющим на термическую стабильность всей машины. Положение фиктивной нагрузки на печатной плате (печатных платах) часто очень близко к электролитическому конденсатору, используемому для фильтрации выходного сигнала, а электролитический конденсатор чрезвычайно чувствителен к температуре. Следовательно, необходимо снизить теплотворную способность фиктивной загрузки. как более практичный метод определения низкой нагрузки, метод экстремальной импеданса является более практичным. Величина импеданса фиктивной нагрузки контролируется путем определения выходного тока импульсного источника питания. при естественной нагрузке фиктивная нагрузка выходит из текущего состояния потребления; при отсутствии нагрузки виртуальная нагрузка расходует максимальный ток. Это не повлияет на стабильность электроснабжения на холостом ходу, неэффективность питания, вырабатывает много ненужных тепла.
 
3. Конструкция рассеивания тепла
 
3.1 Основной метод теплоотвода и метод его расчета
 
Существует три основных способа отвода тепла: теплопроводность, конвективный теплообмен и теплопередача.
 
1) Теплопроводность Теплопередача, происходящая между различными частями объекта, находящимися в непосредственном контакте или внутри объекта, называется теплопроводностью. Механизм взаимного перемещения молекулярной кинетической энергии между телами при различных температурах или между частями тела при различных температурах. концепция теплопроводности очень похожа на проблемы тока. Тепло всегда передается от места с высокой температурой к месту с низкой температурой. наличие теплового сопротивления в процессе теплопроводности, подобно тому, как есть сопротивление в протекании тока. Его тепловой поток Φ=[Вт], тепловое сопротивление, а Ï – разность температур. Тепловое сопротивление Rt=[К/Вт], тип средний, который остается проводником, Î — теплопроводность, площадь поперечного сечения проводника. Таким образом, при проектировании питания выключателя, превышение температуры Ï=ΦRt может быть получено за счет рассеиваемой мощности источника нагрева. В практическом применении тепловой поток от источника тепла к радиатору часто должен проходить через теплопроводы из нескольких различных материалов. То есть существуют ряды различных термических сопротивлений. в расчете полное термическое сопротивление равно сумме кратных термических сопротивлений.

2) Конвективный теплообмен Теплота передается близлежащему слою жидкости за счет теплопроводности. После нагревания жидкости в этой жидкости его объем увеличивается, его плотность стала меньше, она течет вверх, и окружающая плотная жидкость перетекает, чтобы заполнить его. теплопоглощение жидкости, расширение и восходящее течение, и таким образом циркулирует, непрерывное унос тепла с поверхности нагрева. Этот процесс называется конвективным теплообменом. Для расчета конвективного теплообмена обычно используется формула, предложенная Ньютоном: Φ=αA(θ1ï¼Î¸2)[W], где A – площадь стенки, контактирующей с жидкостью [м2], отключение ± это коэффициент конвективной теплопередачи, а Т1 - температура стенки [К], Т2 - средняя температура жидкости [К]. Видно, что тепловой поток Φ пропорционален произведению коэффициента конвективной теплоотдачи α, площади поперечного сечения A и разности температур твердой поверхности и жидкости (θ1-θ2). конвективный теплообмен — сложный процесс теплопередачи, который зависит не только от теплового процесса, но и от динамического процесса газа. Короче говоря, есть два фактора, влияющих на конвективный теплообмен: (1) физические свойства жидкости, плотность, вязкость, коэффициент усиления, теплопроводность, удельная теплоемкость и т.д.; (2) Течение жидкости естественно-конвекционное Принудительная конвекция, ламинарный или турбулентный поток. Поскольку в ламинарном потоке теплопередача в основном зависит от теплопередачи между неиспользуемыми другими слоями потока; в турбулентности, флюиды излучают вихрь за поверхностями слоев толстого слоя вблизи стенки, чтобы усилить теплопередачу. Вообще говоря, при различных условиях, коэффициент теплоотдачи турбулентного течения в несколько раз больше, чем ламинарного течения, даже больше.
 
3) Тепловое излучение. Распространение электромагнитных волн, вызванное разницей температур, называется тепловым излучением. его процесс намного сложнее теплопроводности и конвекционного теплообмена. Это энергия, которая преобразует часть тепловой энергии объекта в электромагнитные волны. Он измеряется через воздух, вакуум и другие среды, которые могут распространять электромагнитные волны. Когда он сталкивается с другими объектами, часть его поглощается и преобразуется в тепловую энергию, а остальная часть отражается обратно. инфракрасное излучение, излучаемое окружающими объектами, является тепловым излучением. В вакууме или на воздухе радиационная способность тела зависит от характера тела, состояния поверхности (например, цвета, шероховатости и т. д.), площади поверхности, температуры поверхности. Φ=εÏbA(T14ï¼T24) где Ïb – постоянная Больцмана со значением 5,67*10ï¼8, A – площадь поверхности излучения [м2], T – абсолютная температура поверхностей двух объектов [K], ε — чернота поверхности. чем темнее поверхность тела, тем сильнее способность излучения.