Пять пунктов подробно о тепловом решении импульсного источника питания

Все мы знаем, что при работе импульсного блока питания будет выделяться большое количество тепла. Если тепло не может быть отведено вовремя и поддерживается на разумном уровне, это повлияет на нормальную работу импульсного источника питания, а в серьезных случаях импульсный источник питания будет поврежден. Чтобы повысить надежность импульсного блока питания, сегодня я поделюсь с вами несколькими конкретными решениями по охлаждению импульсного блока питания.

Импульсные источники питания нашли широкое применение в различных типах современного электронного оборудования, и их удельная мощность постоянно улучшается. Высокая удельная мощность определяется от 25 Вт/дюйм3 в 1991 г., 36 Вт/дюйм3 в 1994 г., 52 Вт/дюйм3 в 1999 г. и 96 Вт/дюйм3 в 2001 г. Для повышения надежности импульсного источника питания важным и важным элементом является тепловой расчет. в конструкции импульсного блока питания.

Если повышение температуры внутри импульсного источника питания слишком велико, это приведет к выходу из строя чувствительных к температуре полупроводниковых устройств, электролитических конденсаторов и других компонентов. Когда температура превышает определенное значение, частота отказов увеличивается экспоненциально. Статистика показывает, что надежность электронных компонентов снижается на 10 процентов при повышении температуры на каждые 2 градуса; ожидаемая продолжительность жизни при повышении температуры на 50 градусов составляет всего 1/6 от срока службы при повышении температуры на 25 градусов. Помимо электрических нагрузок, самым важным фактором, влияющим на надежность импульсных источников питания, является температура. Импульсные высокочастотные источники питания имеют мощные нагревательные элементы, и температура является одним из важнейших факторов, влияющих на их надежность.

Полный тепловой расчет импульсного источника питания включает в себя два аспекта: первый заключается в том, как контролировать тепловыделение источника тепла; другой - как рассеивать тепло, выделяемое источником тепла, чтобы повышение температуры импульсного источника питания контролировалось в допустимом диапазоне для обеспечения надежности импульсных источников питания.

1. Конструкция управления тепловыделением

Основными нагревательными элементами в импульсном источнике питания являются полупроводниковые переключающие трубки, силовые диоды, высокочастотные трансформаторы, катушки индуктивности и т. д. Различные компоненты имеют разные методы управления выделением тепла. Силовая лампа является одним из устройств с большим тепловыделением в высокочастотном импульсном источнике питания. Уменьшение его тепловыделения может не только повысить надежность силовой лампы, но и повысить надежность импульсного источника питания и улучшить среднее время наработки на отказ (MTBF). ). Выделение тепла в переключающей трубке вызвано потерями, а потери в переключающей трубке состоят из двух частей: потерь в процессе переключения и потерь во включенном состоянии. Поэтому можно принять следующие меры для контроля и снижения температуры.

1. Уменьшите потери во включенном состоянии. Потери во включенном состоянии можно уменьшить, выбрав переключатель с низким сопротивлением во включенном состоянии.

2. Потери на переключение обусловлены величиной заряда затвора и временем переключения. Чтобы уменьшить потери при переключении, можно выбрать устройство с более высокой скоростью переключения и более коротким временем восстановления, чтобы уменьшить потери при переключении.

3. Более важно уменьшить потери, разработав более совершенные методы управления и технологии буферизации. Например, технология мягкого переключения может значительно уменьшить эти потери.

4. Уменьшите тепловыделение силового диода. Как правило, не существует лучшей технологии управления для уменьшения потерь в выпрямителе переменного тока и снаббер-диоде. Потери можно уменьшить, выбрав высококачественный диод.

5. Для выпрямления вторичной обмотки трансформатора можно выбрать более эффективную технологию синхронного выпрямления, чтобы уменьшить потери.

6. Что касается потерь, вызванных высокочастотными магнитными материалами, следует максимально избегать скин-эффекта. Для воздействия, вызванного скин-эффектом, можно использовать метод параллельной намотки нескольких прядей тонких эмалированных проводов.

2, тепловая конструкция импульсного источника питания

Чтобы как можно быстрее рассеять тепло нагревательного устройства, конструкция импульсного источника питания, рассеивающая тепло, обычно рассматривается со следующих аспектов: радиатор, охлаждающий вентилятор, металлическая печатная плата, изолирующий теплопроводящий лист и т. д. фактический дизайн, необходимо комплексно применять вышеуказанные методы для проектирования источника питания в соответствии с требованиями заказчика и самого продукта и наилучшего соотношения цены и эффективности.

1. Конструкция радиатора полупроводниковых приборов

Поскольку тепло, выделяемое полупроводниковыми приборами, преобладает в импульсных источниках питания, тепло в основном происходит от включения, выключения и потерь проводимости полупроводниковых приборов. С точки зрения топологии схемы, использование топологии преобразования с нулевым переключением для создания резонанса, так что напряжение или ток в цепи включаются или выключаются при пересечении нуля, может минимизировать потери переключения, но не может полностью устранить потери Переключатель трубки, поэтому использование теплоотвода Устройство является распространенным и основным методом.

Основные принципы выбора полупроводникового радиатора силового выключателя

(1) Базовая основа для выбора радиатора

Выбор радиатора для силовых полупроводниковых приборов должен быть всесторонне рассмотрен в соответствии с рассеиваемой мощностью устройства, тепловым сопротивлением переход-корпус устройства, контактным тепловым сопротивлением и температурой охлаждающей среды.

(2) Требования к усилию крепления между устройством и радиатором

Чтобы иметь хороший тепловой контакт между устройством и радиатором после сборки, он должен иметь подходящее усилие или крутящий момент при установке. А в практических приложениях между устройством и радиатором обычно добавляется слой теплопроводного материала, чтобы повысить эффективность теплопередачи и уменьшить тепловое сопротивление между ними.

(3) Номинальные условия охлаждения радиатора

Самоохлаждающийся радиатор: температура окружающей среды предпочтительно не должна быть выше 40 градусов, ребра радиатора должны быть расположены вертикально во время установки, а верхняя и нижняя торцевые поверхности не должны быть заблокированы, чтобы была хорошая среда и канал для естественного конвекция воздуха вокруг радиатора.

Радиатор с воздушным охлаждением: температура воздуха на входе поддерживается на уровне ниже 40 градусов, а скорость ветра на входе предпочтительно составляет 6 м/с.

Радиатор водяного охлаждения: температура воды на входе не выше 35 градусов. Расход воды определяется в соответствии с общей потребностью в тепле для отвода тепла и расчетной разностью температур воды на входе и выходе.

(4) Всестороннее рассмотрение выбора радиаторов

При выборе радиаторов следует всесторонне учитывать диапазон теплоотводящей способности, способ охлаждения, технические параметры и конструктивные особенности радиатора. Для устройства только из технических параметров может быть два-три радиатора, которые могут соответствовать требованиям, но это должно быть совмещено с охлаждением и установкой. , общая взаимозаменяемость и экономичность всесторонне выбраны.

2. Вентилятор естественного воздушного охлаждения и принудительного воздушного охлаждения

В реальном процессе проектирования импульсного источника питания обычно используются две формы естественного воздушного охлаждения и вентиляторного принудительного воздушного охлаждения. При установке радиатора с естественным воздушным охлаждением лопасти радиатора должны располагаться вертикально вверх. Если возможно, вокруг места установки радиатора на печатной плате можно просверлить несколько вентиляционных отверстий для облегчения конвекции воздуха.

При принудительном воздушном охлаждении используется вентилятор для принудительной конвекции воздуха. Поэтому в конструкции воздуховода осевое направление лопастей радиатора должно совпадать с направлением выхлопа вентилятора. Для обеспечения хорошего вентиляционного эффекта устройства с большим рассеиванием тепла должны быть ближе к вытяжному вентилятору, в случае вытяжного вентилятора тепловое сопротивление радиатора показано в таблице ниже:

4. Металлическая печатная плата

С миниатюризацией импульсных источников питания в реальных продуктах широко используются компоненты для поверхностного монтажа, и в настоящее время сложно установить радиаторы на силовые устройства. В настоящее время, чтобы решить эту проблему, металлические печатные платы в основном используются в качестве носителя силовых устройств, в основном включая ламинаты на основе алюминия с медным покрытием и ламинаты на основе железа с медным покрытием. Есть еще одна печатная плата с медным сердечником. Средний слой подложки представляет собой изоляционный слой из медных пластин, в котором используется эпоксидный лист из стекловолокна с высокой теплопроводностью или эпоксидная смола с высокой теплопроводностью. Он может монтировать smd-компоненты с обеих сторон, а мощные smd-компоненты можно припаять к собственному радиатору smd непосредственно на металлической печатной плате и использовать металлическую пластину на металлической печатной плате для рассеивания тепла.

5. Расположение нагревательных элементов

Основными нагревательными элементами в импульсном блоке питания являются мощные полупроводники и их радиаторы, силовые преобразовательные трансформаторы и мощные резисторы. Основное требование к расположению нагревательных элементов — располагать их от малого к большему по степени тепловыделения. Чем меньше теплотворная способность, тем выше направление ветра в воздуховоде импульсного источника питания, тем ближе к вытяжке устройство с большей теплотворной способностью. вентилятор.

Чтобы повысить эффективность производства, несколько устройств питания часто закрепляют на одном и том же большом радиаторе. В это время радиатор следует разместить как можно ближе к краю печатной платы. Однако расстояние от корпуса или других частей импульсного источника питания должно быть не менее 1 см. Если на печатной плате имеется несколько крупных радиаторов, они должны располагаться параллельно друг другу и параллельно направлению ветра воздуховода. В вертикальном направлении устройства с низким тепловыделением располагаются в самом нижнем слое, а устройства с большим тепловыделением располагаются в верхних слоях. Компоненты, выделяющие тепло, должны быть размещены как можно дальше от чувствительных к температуре компонентов, таких как электролитические конденсаторы, на топологии печатной платы.

Sinda Thermal является профессиональным и опытным производителем радиаторов, мы можем предоставить различные радиаторы клиентам по всему миру, мы можем предложить самые конкурентоспособные цены и радиаторы отличного качества, пожалуйста, свяжитесь с нами, если у вас есть какие-либо тепловые требования.