यहां तक कि सबसे अच्छी शक्ति रूपांतरण प्रणाली, दक्षता कभी भी 100% तक नहीं पहुंच जाएगी। अवास्तविक रूपांतरण ऊर्जा की एक छोटी राशि गर्मी बन जाएगी, जो सिस्टम विश्वसनीयता की चुनौती है। कुशल थर्मल प्रबंधन के बिना, बिजली ट्रांजिस्टर एक गर्मी उत्पन्न करने वाला घटक जैसे प्रतिरोधी के दौरान अति ताप हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रारंभिक विफलता हो सकती है या चरम मामलों में, अपने अधिकतम रेटेड तापमान से अधिक हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप तेज़ घटक क्षति होती है।
विश्वसनीयता अर्हनीस कानून जो विश्वसनीयता में सुधार करने के लिए नियोजित ठंडा मोड को प्रोत्साहित कहा गया है इस प्रकार है: घटक 10 डिग्री सेल्सियस के काम तापमान कम करने के लिए, अपने जीवन में दो बार आगे बढ़ाया जा सकता है, ऊर्जा क्षमता का कम जंक्शन तापमान सुनिश्चित करने के लिए उपायों बढ़ाया जा सकता है और अनुमति देने के बिजली के सुरक्षित संचालन एक व्यापक / परिवेश के तापमान रेंज पर किया जा सकता।
शक्ति ट्रांजिस्टर में विद्युत ऊर्जा का एक छोटा हिस्सा है, और लोड करने के लिए वितरित किया जाता है नहीं है, लेकिन गर्मी के रूप और बिजली की खपत के जंक्शन तापमान के बीच संबंधों में प्रत्येक डिवाइस के जंक्शन पर छितराया हुआ है, निम्न समीकरण देखें:
Tjmax = (PDmax x Rθja) + टा
परिवेश के तापमान टा के थर्मल प्रतिरोध परिवेश जिसमें जंक्शन तापमान Tjmax जंक्शन के PDmax Rθja के लिए अधिकतम बिजली की खपत है
बिजली आपूर्ति को डिजाइन करते समय, लक्ष्य न केवल डिवाइस की रक्षा के लिए जंक्शन तापमान को डिजाइन करना है, बल्कि आवश्यक विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए भी है। डिवाइस की डेटा शीट दक्षता वक्र का उपयोग अधिकतम बिजली की खपत के साथ-साथ आसपास के पर्यावरण से गर्मी का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। प्रतिरोध Rθja डेटा शीट वक्र में पाया जा सकता है, जो पीसीबी मेटालाइजेशन और एयरफ्लो जैसे अन्य शीतलन प्रभावों को भी ध्यान में रखता है।
जब आवश्यक शक्ति भार को आपूर्ति की जाती है, यदि स्वीकार्य जंक्शन तापमान प्राप्त नहीं होता है, तो डिजाइन प्रयास को रिक्जा को कम करने पर ध्यान देना चाहिए। इसे प्राप्त करने के कई तकनीकी तरीके हैं, जिनमें निम्न शामिल हैं:
चुनें पैकेज पूरा उपयोग पैकेज इस तरह के उच्च तापीय क्षमता जबड़े के रूप में निहित संवर्द्धन पारंपरिक तार कनेक्शन बदलने के लिए, या ऊपरी ओर या विस्तारित धातु क्षेत्रों, डुप्लेक्स या दो तरफा ठंडा करने के चिप पक्ष में। ये हीट सिंक क्षेत्र से सीधे कनेक्ट या संपर्क में धातु पैड एक पीसीबी या एक धातु परत रेडिएटर से जुड़े करने के लिए soldered किया जा सकता है। सर्किट बोर्ड डिजाइन, तांबे की मोटाई में वृद्धि सहित, या सीधे रेडिएटर से जुड़ा है (जैसे, भारी धातु थर्मल विअस नीचे गर्मी अपव्यय तत्व बढ़ जाती है की परत)। यदि बहुत अधिक गर्मी अपव्यय, यह भी रोधक धातु सब्सट्रेट माना जा सकता है। इस तरह के एक रेडिएटर या एक गर्मी पाइप के रूप में और अधिक प्रत्यक्ष थर्मल प्रबंधन तकनीकों,, एक शीतलन प्रशंसक के साथ संयोजन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।
अब सवाल यह है कि इनमें से कौन सी तकनीक स्वीकार्य आकार और वजन, और बिल सामग्री (बीओएम) लागत आदि पर न्यूनतम प्रभाव प्राप्त कर सकती है, हालांकि कोई स्पष्ट उत्तर नहीं है, यह बहुत स्पष्ट है अत्यधिक या अपर्याप्त थर्मल समाधानों के प्रतिकूल संभावित परिणाम हैं।
कई प्रोटोटाइप डिज़ाइनों का निर्माण करके विभिन्न थर्मल डिज़ाइनों का अध्ययन करना संभव नहीं है। दूसरी तरफ, यदि आपको लगता है कि चयनित समाधान परियोजना के अंत में उपयुक्त नहीं है, तो अतिरिक्त vents जोड़ने या अन्य पर स्विच करने के लिए बोर्ड को फिर से डिजाइन करें पैकेज का प्रकार भी अव्यवहारिक हो सकता है।
सौभाग्य से, अब हमारे पास डिजाइन के साथ मदद करने के लिए उपकरण हैं। यह थर्मल सिमुलेशन सॉफ्टवेयर इंजीनियरों को सिस्टम परिप्रेक्ष्य से थर्मल व्यवहार को देखने में मदद करता है और पहले प्रोटोटाइप को लागू करने से पहले समस्या क्षेत्रों की पहचान करता है।
कुछ थर्मल सिमुलेशन ऑनलाइन टूल्स भी मुफ्त में उपलब्ध हैं, और टीआई के वेबदरएमटीएम वेबबेंच® ऑनलाइन पर्यावरण का उपयोग करके बनाए गए पावर डिज़ाइनों के थर्मल विश्लेषण का एक उदाहरण है। चयनित नियंत्रकों या डीसी / डीसी कनवर्टर आईसीएस का उपयोग करके, बिजली इनपुट और आउटपुट वोल्टेज रेंज आवश्यकताओं के अतिरिक्त, बिजली की आपूर्ति को मूल रूप से वेबबेक प्रोजेक्ट के रूप में डिज़ाइन किया जा सकता है।
मूल डिजाइन पूर्ण होने पर, सामग्री के WEBENCH बिल अनुमान लगाया जा सकता है और गणना की शक्ति में कमी और Rθja पैरामीटर, इन मानकों को मैन्युअल Tjmax गणना करने के लिए परिवेश के तापमान डेटा के साथ जाना जा सकता है। WebTHERM चल उपयोगकर्ताओं रेखांकन सिमुलेशन तापीय गुणों देखने की अनुमति देता है, और भी कुछ माध्यमिक प्रभाव दिखा सकते हैं, इस तरह के सह-घटक के रूप में थर्मल प्रभाव कल्पना करने के लिए सिमुलेशन परिणाम रंग तापमान की एक अवस्था है, जल्दी से ब्याज की आवश्यकता क्षेत्र का निर्धारण में मदद करता है मुश्किल हो सकता है।
सिमुलेशन चलाते समय, उपयोगकर्ता को लोड वर्तमान, शीर्ष और नीचे परिवेश तापमान और डिवाइस केस तापमान और अन्य पैरामीटर सेटिंग्स इनपुट करने की आवश्यकता होती है। थर्मल सिमुलेशन कुछ मिनटों में पूरा किया जा सकता है, और परिणामों को रंगीन तापमान वक्र के माध्यम से ग्राफिकल रूप से विश्लेषण किया जा सकता है। डिज़ाइन को वेबबेक में बदला जा सकता है, और किसी भी पीसीबी परत पर बोर्ड आकार या तांबा सामग्री विशेषताओं को बदलकर, या थर्मल vias को समायोजित करके समायोजित करके थर्मल प्रदर्शन को और अनुकूलित किया जा सकता है।
थर्मल सिमुलेशन कई बार चलाया जा सकता है और परिणामों को एक स्वीकार्य तापमान डिजाइन निर्धारित करने की तुलना में किया जा सकता है। यदि उपयुक्त टीजेमैक्स सुनिश्चित नहीं किया जा सकता है, तो अतिरिक्त थर्मल प्रबंधन कार्यों जैसे गर्मी सिंक या गर्मी सिंक सिस्टम से तेज़ी से पहुंच के लिए उपयोग किए जा सकते हैं। गर्मी निकालें। तापमान वक्र उन क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित करने में मदद कर सकते हैं जिन पर ध्यान देने की आवश्यकता है।
गर्मी सिंक जोड़ें
रेडिएटर समझने में आसान और बहुत विश्वसनीय, भागों चलती है, कोई विफलता मोड, किसी भी परिचालन लागत के बिना। रेडिएटर आमतौर पर इस्तेमाल किया जैसे एल्यूमीनियम या तांबा के रूप में सामग्री, वे एक ट्रांजिस्टर के लिए सरल स्टाम्प धातु विंग से रेंज कर सकते, मिलिंग के लिए या सदस्य, जिसमें पंख हवा का प्रवाह संवाहित ताप संचार को अधिकतम करने के बीच में रोकने का डिजाइन किए हैं दबाने। के रूप में गर्म हवा उगता है, प्राकृतिक संवहन हो जाएगा, जो बच सकते हैं धारा बेरोक आउटलेट के लिए प्रवेश से गैस सुनिश्चित करने के लिए लिया जाना चाहिए प्रवाह, और यह सुनिश्चित करें कि रेडिएटर हवा प्रवेश और हवा आउटलेट स्तर से नीचे स्थित है। इस आदेश संभव वृद्धि हुई जंक्शन तापमान से बचने के लिए, हीट सिंक सदस्य के ऊपर गर्म हवा के ठहराव को रोकने में मदद कर सकते हैं।
यद्यपि गर्मी के सिंक के कई फायदे होते हैं, लेकिन बड़ी मात्रा में गर्मी को समाप्त करने के लिए वे भारी, भारी और महंगे हो सकते हैं। इष्टतम एयरफ्लो प्राप्त करने वाले गर्मी सिंक का स्थान बोर्ड लेआउट को प्रभावित कर सकता है, और गर्मी सिंक धूल या गंदा हो सकती है। इस प्रकार शीतलन प्रभाव को प्रभावित करना। क्लैंप या शिकंजा या थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री (टीआईएम) की एक परत का उपयोग विधानसभा में गर्मी सिंक को ठीक से जोड़ने के लिए असेंबली समय भी बढ़ाएगा।
एविड थर्मलॉय या वेकफील्ड-वेट जैसे निर्माता गर्मी सिंक की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करते हैं, जिसमें गर्मी सिंक प्रोसेसर या एफपीजीए जैसे विशिष्ट घटकों को फिट करने के लिए ऑप्टिमाइज़ किए जाते हैं। दूसरी ओर, गणना के आधार पर गर्मी सिंक का चयन किया जा सकता है, क्योंकि ये गर्मी सिंक मरने के जंक्शन से गर्मी सिंक तक हवा के समग्र थर्मल प्रतिबाधा रिक्जा को कम करती हैं, इस प्रकार एक विशिष्ट विद्युत अपव्यय पर कम जंक्शन तापमान को सक्षम बनाता है।
चित्रा 1 एक शक्ति ट्रांजिस्टर का उपयोग कर एक थर्मल बढ़ाया पैकेज पता चलता है, एक दो तरफा पीसीबी हीट सिंक के कुशल शीतलन के लिए बनाया गया एक शीर्ष, माउंट किया गया है प्रणाली पीसीबी और कम पक्ष और संचालन में परिवेश के बीच एक जंक्शन के रूप में दिखाया गया है थर्मल प्रतिबाधा आरएच नेटवर्क। गर्मी सिंक आरएच का थर्मल प्रतिरोध गर्मी सिंक सब्सट्रेट से आसपास के पर्यावरण तक गर्मी हस्तांतरण की दक्षता को इंगित करता है।
गर्मी पाइप के साथ डिजाइन स्वतंत्रता बढ़ाएं
कुछ डिजाइन, समग्र आकार, हवा का प्रवाह रुकावट या बोर्ड लेआउट के कारण में, और अनुपयुक्त हो सकता है के लिए हीट सिंक के लिए आवश्यक आकार एक प्रदान की जा सकती कनवर्टर आईसी या एक शक्ति ट्रांजिस्टर। हीट चित्र 2 में दिखाया पाइप के लिए सीधे जुड़ा हुआ है एक व्यावहारिक विकल्प, ऐसे कार्यक्रमों गर्मी स्रोत से स्थानांतरित किया जा सकता है एक हीट सिंक का एक और उपयुक्त स्थिति के लिए रखा जा सकता है, हीट सिंक करने के लिए अधिक से अधिक हवा का प्रवाह प्रदान कर सकता है। वेकफील्ड-Vette सदस्य छवि में दिखाया गया। मॉडल 120,231 25W अप करने के लिए सामना कर सकते हैं थर्मल लोड है, लेकिन केवल लंबाई 100mm × 6 मिमी के व्यास के आकार।
खुद गर्मी पाइप रेडिएटर नहीं है, लेकिन एक नली सील, गर्म अंत में ठंड अंत करने के लिए गर्म छोर से चरण परिवर्तन गर्मी हस्तांतरण के सिद्धांत का उपयोग, और वाष्पक ट्यूबों में गर्मी को अवशोषित कर तरल पदार्थ के बाद भाप संघनित और ठंडे अंत में बहती है द्वारा प्रक्रिया तरल में तरल, रिहा गर्मी तो पाइप के गर्म अंत करने के लिए दिया जाता है और इस प्रक्रिया को दोहराया है। गर्मी पाइप के फायदों में से एक चरण में बदलाव तंत्र बनाए रखने के लिए बिजली की आवश्यकता नहीं है, और डिजाइनर स्वतंत्र रूप से पाइप radiating कर सकते हैं ठंड अंत सबसे उपयुक्त स्थिति में नहीं चुना गया।
मजबूर हवा ठंडा
एक हीट सिंक या निष्क्रिय थर्मल प्रबंधन वाहिनी वांछित जंक्शन तापमान को प्राप्त नहीं है, तो उच्च गुणवत्ता डेल्टा इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माताओं प्रशंसक के उपयोग वायु शीतलन और तरह मजबूर पर विचार करें। प्रशंसक के आकार का चयन करके, और बढ़ाने या द्वारा पंखे की गति को समायोजित करने के हवा का प्रवाह (घन फीट / मिनट (CFM)) को कम करने, अनुकूलित और लचीला शीतलन प्रभाव जा सकता है।
निष्कर्ष
प्रदर्शन और विश्वसनीयता आवश्यक अधिकतम पीसीबी बिजली की आपूर्ति या डीसी / डीसी कन्वर्टर्स करने के लिए के लिए उचित थर्मल प्रबंधन। डिजाइनर उपकरण की एक बड़ी संख्या का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन यह अत्यधिक से बचने के लिए तैयार किया जाना चाहिए, पर अत्यधिक मात्रा को रोकने के लिए उच्च बीओएम लागत या अधिक जटिल विधानसभा और अन्य समस्याओं। सटीक थर्मल सिमुलेशन उपकरण नि: शुल्क उपलब्ध है, हार्डवेयर के निर्माण के लिए शुरू करने से पहले, इन उपकरणों ऐसे अनुकूलित गर्मी सिंक, गर्मी पाइप या ठंडा करने के रूप थर्मल प्रबंधन चुनौतियों का सामना करने के लिए दृश्य दिशा निर्देश प्रदान कर सकते हैं। प्रशंसक की तरह अन्य तकनीकों बोर्ड लेआउट या वायु धाराओं के मामले के अन्य पहलुओं की सीमाओं को पार कर सकते हैं।