حتی بهترین سیستم تبدیل قدرت، بهره وری هرگز به 100٪ برسد. مقدار کمی انرژی تبدیل غیر واقعی تبدیل خواهد شد گرما، که چالش از قابلیت اطمینان سیستم است. بدون مدیریت حرارت کارآمد، ترانزیستورهای قدرت مولد گرما تولید کننده مانند یک مقاومت می تواند در طول عملیات بیش از حد گرم شود، و در نتیجه خرابی زود هنگام یا در موارد شدید بیش از حداکثر درجه حرارت آن است که منجر به آسیب سریع قطعات می شود.
قابلیت اطمینان زیر قانون Arrhenius است، که موجب خنک سازی برای بهبود قابلیت اطمینان می شود: کاهش دمای عملیاتی یک جزء توسط 10 درجه سانتیگراد می تواند طول عمر خود را دو برابر کند. علاوه بر این، اقدامات لازم برای اطمینان از دمای اتصال کمتری برای افزایش ظرفیت برق است. و اجازه می دهد تا منبع تغذیه به راحتی در طیف وسیعی از دمای محیط کار کند.
مقدار کمی انرژی الکتریکی پس از ورود به ترانزیستور قدرت به بار تحویل نمی شود، بلکه به عنوان گرما در اتصال هر دستگاه از بین می رود. رابطه بین دمای اتصال و مصرف انرژی به شرح زیر است:
Tjmax = (PDmax x Rθja) + Ta
جایی که Tjmax دمای اتصال است PDmax حداکثر مصرف انرژی Rθja است مقاومت حرارتی اتصال به محیط اطراف Ta دمای محیط
هنگامی که طراحی منبع تغذیه، هدف این است که برای طراحی نه تنها درجه حرارت محل اتصال برای محافظت از دستگاه، باعث می شود که قابلیت اطمینان مورد نیاز است. منحنی کارایی دیتاشیت می توان برای برآورد حداکثر قدرت از دستگاه، به طور مشابه، محل اتصال به محیط حرارتی مانع Rθja را می توان از منحنی ورق داده یافت، منحنی طول می کشد را به حساب اثر خنک کننده از سوی دیگر، عواملی مانند درجه فلزات و PCB هوا و مانند آن.
در ارائه قدرت مورد نیاز را به بار، اگر یک درجه حرارت محل اتصال قابل قبول برسد، طراحی باید بر روی کاهش Rθja برخی از تکنیک های استفاده می شود برای رسیدن به این راه تمرکز، این عبارتند از:
بسته را انتخاب کنید بسته استفاده کامل پیشرفت ذاتی مانند فک بازده حرارتی بالا به جای اتصالات سیم معمولی، و یا در سمت بالا و یا سمت تراشه از مناطق گسترش فلز، دوبلکس و یا خنک کننده دو طرفه. این به طور مستقیم به این منطقه فرو رفتن حرارت متصل و یا در معرض پد فلز ممکن است به یک PCB و یا یک لایه فلزی متصل به رادیاتور متصل شده است. طراحی مدار، از جمله افزایش ضخامت مس، یا به طور مستقیم متصل به رادیاتور (به عنوان مثال، فلزات سنگین لایه) از اتلاف حرارت عنصر via های حرارتی زیر افزایش می یابد. اگر اتلاف حرارت بسیار بالا، همچنین می توانید در نظر گرفته شود لایه های فلزی عایق. تکنیک های بیشتری مستقیم حرارتی مدیریت، از جمله یک رادیاتور یا یک لوله حرارتی، ممکن است در رابطه با فن خنک کننده استفاده می شود.
حال سوال این است، چه ترکیبی از این فن آوری می تواند بهترین نتایج، مانند یک اندازه قابل قبول و وزن و تاثیر منفی بر روی این لایحه از مواد (BOM) هزینه، و غیره رسیدن به در حالی که هیچ پاسخ قطعی وجود دارد، اما واضح است که راه حل های بیش از حد یا ناکافی خنک کننده است پیامدهای ناگوار.
در غیر این صورت، اگر متوجه شوید که راه حل انتخاب شده در انتهای پروژه مناسب نیست، طراحی مجدد هیئت مدیره را به اضافه کردن دریچه های اضافی و یا تغییر به دیگر نوع بسته همچنین ممکن است عملی نباشد.
خوشبختانه، اکنون ابزارهایی در دست داریم که برای طراحی کمک می کنند. این نرم افزار شبیه سازی حرارتی به مهندسان کمک می کند تا رفتار حرارتی را از منظر سیستم و به منظور شناسایی مناطق مشکل قبل از اجرای اولین نمونه اولیه.
برخی از ابزارهای آنلاین شبیه سازی حرارتی حتی به صورت رایگان در دسترس هستند و WebTHERMTM TI یک نمونه از تحلیل گرمایشی از طراحی های قدرت طراحی شده با استفاده از محیط وب WEBENCH است. با استفاده از کنترل های انتخاب شده یا مبدل های DC / DC مبدل، علاوه بر نیازهای ولتاژ ورودی و خروجی ولتاژ خروجی، منبع تغذیه می تواند در اصل به عنوان یک پروژه WEBENCH باشد.
پس از طراحی اولیه کامل است، این لایحه WEBENCH از مواد را می توان تخمین و محاسبه از دست دادن قدرت و پارامترهای Rθja این پارامترها می توان با داده ها درجه حرارت محیط شناخته شده برای محاسبه دستی Tjmax. WebTHERM در حال اجرا اجازه می دهد تا کاربران را به صورت گرافیکی مشاهده خواص حرارتی شبیه سازی و همچنین ممکن است برخی از اثرات ثانویه نشان می دهد، اثرات حرارتی مانند شرکت قطعات ممکن است مشکل به تجسم نتیجه شبیه سازی یک منحنی درجه حرارت رنگ است، کمک می کند تا به سرعت در منطقه مورد نیاز از علاقه تعیین می کند.
وقتی که شبیه سازی در حال اجرا است، کاربر نیاز به ورودی جریان بار، درجه حرارت محیط و در بالا و پایین از پارامتر دستگاه دمای مسکن. شبیه سازی حرارتی را می توان در عرض چند دقیقه به پایان، نتایج به دست آمده ممکن است توسط یک منحنی درجه حرارت رنگ گرافیک تجزیه و تحلیل. اگر مورد نظر ، WEBENCH را می توان در طرح با تغییر اندازه هر یک از تابلوهای یا یک لایه مس در ویژگی های مواد PCB، و تنظیم یا برای اضافه کردن via های حرارتی تغییر، عملکرد تابش گرما می تواند بیشتر بهینه شده است.
شبیه سازی حرارتی ممکن است چندین بار اجرا و نتایج را به تعیین درجه حرارت برای رسیدن به یک طراحی قابل قبول قرار گرفتند. اگر شما نمی توانید مناسب برای Tjmax اطمینان حاصل شود، شما می توانید از حرارت لوله های حرارتی سینک و یا مدیریت توابع اضافی، و غیره، به منظور به سرعت بیشتر از سیستم استفاده از بین بردن منحنی درجه حرارت گرما می تواند کمک به تمرکز بر روی نواحی که نیاز به توجه.
اضافه کردن رادیاتور
رادیاتور آسان به درک و بسیار قابل اعتماد، بدون قطعات متحرک، هیچ حالت شکست، بدون هیچ هزینه های عملیاتی. رادیاتور معمولا مواد مانند آلومینیوم یا مس استفاده می شود، آنها می توانند از ساده بال فلزی مهر برای تک ترانزیستور محدوده، به تراش و یا با فشار دادن عضو، در جایی که باله طراحی شده اند برای رهگیری جریان هوا به حداکثر رساندن انتقال حرارت همرفتی. وقتی که هوای داغ بالا می رود، همرفت طبیعی رخ خواهد داد، که می تواند باقی بماند جریان باید انجام شود تا اطمینان حاصل شود که گاز را از ورودی به خروجی را بدون هیچ محدودیتی جریان، و اطمینان حاصل شود که رادیاتور زیر سطح ورودی هوا و خروجی هوا واقع شده است. این ممکن است جلوگیری از رکود هوای گرم بیش عضو فرو رفتن حرارت، به منظور اجتناب از ممکن است افزایش درجه حرارت محل اتصال کمک کند.
اگر چه نزول حرارت دارای مزایای بسیاری است، اما اگر شما می خواهید برای رسیدن به یک تعداد زیادی از اتلاف حرارت، حجم ممکن است بسیار بزرگ، بسیار سنگین و پر هزینه است. رادیاتور جریان هوا مطلوب ممکن است به سمت طرح مدار را تحت تاثیر قرار، رادیاتور ممکن است گرد و غبار و یا خاک گرفتگی، در نتیجه مؤثر اثر خنک کننده. فک و یا با استفاده از یک پیچ یا یک لایه از مواد حرارتی رابط (TIM) به درستی به مجمع فرو رفتن حرارت متصل است، نیز افزایش می دهد زمان مونتاژ.
تولید کننده Aavid Thermalloy ویکفیلد-کوروت و یا مانند به ارائه طیف گسترده ای از فرو رفتن حرارت، در آن عضو اتلاف حرارت شامل بهینه سازی شده را با توجه به یک پردازنده یا FPGA خاص قطعات، و غیره از سوی دیگر، رادیاتور ممکن است با توجه به نتایج انتخاب شده، از فرو رفتن حرارت ممکن است محل اتصال تراشه به نزول گرما امپدانس گرمایی کلی هوای محیط Rθja کاهش می دهد، ممکن است برای رسیدن به درجه حرارت محل اتصال پایین تر در مصرف برق است.
شکل 1 یک ترانزیستور قدرت را در یک بسته ترمیم شده افزایش می دهد که برای هیترهای PCB نصب شده با راندمان حرارتی کارآمد دو طرفه طراحی شده است. این سیستم بین اتصالی در حال اجرا و بالا و پایین PCB نشان داده شده است. مقاومت حرارتی Stain Roth RTH، مقاومت حرارتی RTH را نشان می دهد. کارایی انتقال گرما از زیرستر گرما به محیط اطراف.
گسترش آزادی طراحی با لوله های گرما
در طرح های خاص، با توجه به اندازه کلی، انسداد جریان هوا و یا هیئت مدیره طرح، و ممکن است نامناسب برای اندازه مورد نیاز از فرو رفتن حرارت به طور مستقیم به مبدل IC یا یک لوله ترانزیستور قدرت حرارت نشان داده شده در شکل 2 متصل می شود ارائه یک جایگزین عملی که اجازه می دهد که گرما از منبع به مکان دیگری منتقل شود که در آن یک سینک گرما مناسب برای قرار دادن جریان هوا بیشتر برای تخلیه گرما قرار می گیرد. مدل Wakefield-Vette 120231 می تواند تا 25 وات بار حرارتی، اما اندازه آن تنها 6 میلی متر در قطر × 100 میلیمتر است.
است لوله های حرارتی رادیاتور نیست، بلکه یک مهر و موم مجرای، با استفاده از اصل فاز انتقال تغییر حرارت از پایان داغ به پایان سرد در پایان گرم، و سیال با جذب حرارت از در لوله های اواپراتور پس از بخار متراکم و جریان را به پایان سرد مایع، آزاد گرما در مایع فرایند است و سپس به پایان داغ از لوله بازگشت و روند تکرار شده است. یکی از مزایای استفاده از لوله های حرارتی است قدرت برای حفظ مکانیسم تغییر فاز مورد نیاز نیست، و طراح می توانند آزادانه تابش لوله انتهای سرد در بهترین حالت انتخاب شده است.
خنک کننده اجباری
اگر مدیریت حرارتی منفعل با استفاده از یک گرما یا گرماگیر به دمای دلخواه برسد، در نظر گرفتن یک فن با کیفیت بالا از تولید کننده مانند Delta Electronics برای خنک کننده هوای مجاز استفاده کنید. با انتخاب اندازه فن و تنظیم سرعت فن، اندازه آن را افزایش دهید. جریان هوا کاهش می یابد (فوت مکعب در دقیقه (CFM)) برای خنک سازی بهینه و انعطاف پذیر.
نتیجه گیری
مدیریت حرارتی مناسب برای به حداکثر رساندن کارایی و قابلیت اطمینان منابع تغذیه PCB یا مبدل های DC / DC ضروری است. طراحان تعداد زیادی از ابزارهایی را می توان استفاده کرد، اما برای جلوگیری از حجم بیش از حد باید از طراحی بیش از حد اجتناب کرد. هزینه های بالای BOM یا مونتاژ پیچیده تر و مشکلات دیگر است. دقیق ابزار شبیه سازی حرارتی در دسترس است رایگان، قبل از شروع به ساخت سخت افزار، این ابزار می تواند دستورالعمل های بصری برای رسیدگی به چالش مدیریت حرارتی ارائه می کنند. مانند گرما غرق سفارشی، لوله های انتقال حرارت و یا خنک کننده فن آوری های دیگر، مانند طرفداران، می تواند بر محدودیت های سیستم مانند طرح بندی هیئت مدیره یا جریان هوا غلبه کند.