Elektronik tasarım - PCB enerji modulu sıcak patlama tasarımının çözümü

Elektrik sistem tasarımı mühendisleri her zaman küçük bir devre masası alanında daha yüksek enerji yoğunluğuna ulaşmak istiyorlar, ve bu özellikle gerçek. Bu özellikle doğru. Daha yüksek çıkış akışlarını ulaşmak için çoklu fazla sistemlerin kullanımı artıyor. Küçük bir devre masası alanında daha yüksek seviyeler ulaşmak için sistem tasarım mühendisleri diskretli enerji çözümlerini terk etmeye ve güç modüllerini seçmeye başladı. Bu yüzden elektrik modulları elektrik tasarımının karmaşıklığını azaltmak ve DC/DC dönüştürücüleri ile ilgili PCB tasarımının sorunlarını çözmek için popüler bir seçeneği sağlıyor.

Bu makale iki faz enerji modulunun sıcaklık dağıtma performansını arttırmak için delikten kullanan çoklu katlı PCB düzenleme yöntemini tartışır. Güç modüli iki kanal 20A tek faz çıkış ya da tek kanal 40A iki faz çıkış olarak ayarlanabilir. Örneğin, delikler arasındaki PCB tasarımı, yüksek güç yoğunluğunu sağlamak için enerji teslimatı modulundan ısı dağıtmak için kullanılır, bu yüzden ısı sink veya hayransız çalışabilir.

Peki bu güç modülü nasıl böyle yüksek güç yoğunluğuna ulaşabilir? Şekil 1'deki devre diagram ında gösterilen güç modülü, sadece 8,5ÂC/W'in sıcaklık direksiyonu altının olarak kullanılmasına neden oluşturur. Elektrik modülü için ısı dağıtmak için, güç modülü doğrudan yükseltme özellikleriyle yüksek etkileşimli sıcaklık yönlendirici devre tahtasında yükseliyor.

Çok katı devre tahtasında en üst düzenleme katı var (üzerinde elektrik temsil örnekleri kuruldu) ve iki gömülmüş bakır uça ğı yukarı katına deliklerle bağlanmıştır. Bu yapı çok yüksek bir sıcak davranışlığı (düşük sıcak dirençliği), güç modülünün ısı patlamasını kolaylaştırır.

PCB'nin üstündeki bakra katının sıcaklık dirençliğini belirlemek için bakra katının (t) kalıntısını alıp sıcaklık hareketi ve bölüm bölümünün ürününe bölüyoruz. Hesaplama uygun olarak, bu anda A=B=1 santim olarak 1 kare inç kullanırız. Bakar katının kalıntısı 2,8 mil (0,006 santim). Bu, 1 kare santim devre alanında yerleştirilmiş 2 ounce bakra kalıntısı. Koefiksel k, W/(in-°C) bakra koefiğindir ve değeri 9'ye eşittir. Bu yüzden 1 kare inç 2,8 mil bakra sıcaklığının akışı için sıcaklık saldırısı 0,1002/9=0,0003°C/W.

Bu rakamlardan, 33.4 mil (t5) katmanın sıcaklık direnişinin en yüksek olduğunu biliyoruz. Şekil 4'deki tüm sayılar üstden aşağıya kadar dört katı 1 kare santim devre tahtasının toplam istikrarı gösteriyor. Ya PCB'nin üstünden PCB'nin altına bir delik bağlantısı eklersek? Bu delik bağlantıs ını toplamak durumunu analiz edelim.

Dönüş tahtasında kullanılan deliklerin deliğin in büyüklüğü yaklaşık 12 mil (0.012 in ç). Döşekten geçerken, 0,014 santim diametri olan bir delik ilk kez sürüklenir, sonra bakır parçalanır. Bu deliğin içine yaklaşık 1 mil (0,001 inç) bakra ekleyecek. Etiket tahtası da ENIG platlama sürecini kullanır. Bu yaklaşık 200 mikro santim nickel ve yaklaşık 5 mikro santim altın toprağına ekler. Bu maddeleri hesaplamalarımızda görmezden alıyoruz ve sadece bakra kullanıyoruz, yolculuğun termal direnişini belirlemek için.

Bu formülü 12 mil (diameter) delikleri için kullanarak r0=6 mil (0,006 santim), r1=7 mil (0,007 santim) ve K=9 (bakır plating).

Değişiklik l, aşağıdaki bakra katından aşağıdaki bakra katına kadar yolun uzunluğudur. Elektrik modülünün çözüldüğü devre masasında sol maskesi yok ama diğer bölgeler için PCB tasarım mühendislerinin her delikten üstünde sol maskesi gerekebilir, yoksa delikten yukarıdaki bölge boş olacak. Bu aracın sadece dış bakra katına bağlı olduğundan beri uzunluğu 63,4 mil (0,0634 inç). Toplam uzunluğu aracılığıyla toplam istikrarı 167°C/W.

Sıcak aracılığı aşağıya düşüp başka bir katına ulaştığında, özellikle başka bir bakra katına ulaştığında, bu materyal katına son tarafından yayılacak. Daha fazla vial eklemek sonunda etkisini azaltır, çünkü sıcaklık, yakın materyallerden bir taraftan yayılan bir taraftan diğer taraftan (diğer taraftan) sıcaklığı sonunda bulunacak. ISL8240MEVAL4Z değerlendirme tahtasının boyutu 3 inç x 4 inç. Dört tahtasının üst ve alt katları 2 ounce bakır ve iki iç katı her biri 2 ounce bakır içeriyor. Bu bakra katlarını çalıştırmak için devre tahtasının deliklerden 917 12 mil diametri var. Bunların hepsi güç modulundan aşağıdaki bakra katına kadar sıcaklığı yaymaya yardım eder.

sonraki ifadeler

voltaj demirlerinin sayısına, yüksek performans mikroprocessörlerinin ve FPGA'lerinin yükselmesine uyum sağlamak için, ISL8240M elektrik modulleri gibi gelişmiş güç yönetimi çözümleri, daha yüksek güç yoğunluğunu ve daha düşük enerji tüketmesine yardım eder. PCB modulların düzenindeki delikler üzerinden en en iyisi gerçekleştirme daha yüksek güç yoğunluğunu ulaştırmak için daha önemli bir faktör oldu.