Strømforsyningskøling for at optimere kredsløbets ydeevne og omkostninger

Termisk simulering er en vigtig del af udviklingen af ​​strømprodukter og levere retningslinjer for produktmateriale. Optimering af modulets størrelse er udviklingstendensen inden for terminaludstyrsdesign, som medfører konvertering af varmeafledningsstyringen fra metalkølepladen til PCB-kobberlaget. Nogle moduler bruger i dag lavere switch-frekvenser til switch-mode strømforsyninger og store passive komponenter. For spændingskonverteringen og hvilestrømmen, der driver det interne kredsløb, er effektiviteten af ​​den lineære regulator relativt lav.

Efterhånden som funktionerne bliver flere, bliver ydeevnen højere og højere, og enhedens design bliver mere og mere kompakt. På dette tidspunkt bliver varmeafledningssimulering på IC-niveau og systemniveau meget vigtig.

Arbejdsmiljøtemperaturen i nogle applikationer er 70 til 125°C, og temperaturen i nogle applikationer i die-størrelse bilindustrien er endda så høj som 140°C. For disse applikationer er uafbrudt drift af systemet meget vigtig. Ved optimering af elektroniske design bliver nøjagtig termisk analyse under forbigående og statiske worst-case scenarier for de ovennævnte to typer applikationer stadig vigtigere.

Vejene til varmeafledning og termisk modstand er forskellige afhængigt af forskellige implementeringsmetoder: Varmeafledningspuderne forbundet til det indvendige kølepladepanel eller varmeafledningshullerne ved krydset mellem fremspringene. Brug loddemiddel til at forbinde den udsatte termiske pude eller bump-forbindelse til det øverste lag af printkortet. En åbning på printkortet under den blotlagte termiske pude eller bump-forbindelse, som kan forbindes til den forlængede kølepladebase, der er forbundet med modulet's metalhus. Brug metalskruer til at forbinde kølepladen til kølepladen på det øverste eller nederste kobberlag på printpladen på metalskallen. Brug loddemiddel til at forbinde den udsatte termiske pude eller bump-forbindelse til det øverste lag af printkortet. Derudover er vægten eller tykkelsen af ​​den kobberbelægning, der anvendes på hvert lag af PCB'en, meget kritisk. Med hensyn til termisk modstandsanalyse påvirkes de lag, der er forbundet med de blottede puder eller bump, direkte af denne parameter. Generelt er disse top-, køleplade- og bundlag i et flerlags printkort. I de fleste applikationer kan det være et 2-ounce kobber (2 ounce kobber=2,8 mils eller 71 µm) ydre lag og et 1-ounce kobber (1 ounce kobber=1,4 mils eller 35 µm) indre lag, eller alle er alle 1 ounce tungt kobberbeklædt lag. I forbrugerelektronikapplikationer bruger nogle applikationer endda 0,5 ounces kobber (0,5 ounces kobber=0,7 mils eller 18 µm) lag.

Modeldata

Simulering af matricetemperaturen kræver et IC-layoutdiagram, som inkluderer alle power-FET'erne på matricen og de faktiske positioner, der overholder emballage- og loddeprincipperne.

Størrelsen og billedformatet af hver FET er meget vigtig for varmefordelingen. En anden vigtig faktor at overveje er, om FET'erne tændes samtidigt eller sekventielt. Modellens nøjagtighed afhænger af de anvendte fysiske data og materialeegenskaber.

Den statiske eller gennemsnitlige effektanalyse af modellen kræver kun en kort beregningstid, og konvergens sker, når den maksimale temperatur er registreret.

Forbigående analyse kræver strøm-tids-sammenligningsdata. Vi brugte en bedre analytisk procedure end switching power supply case til at registrere dataene for nøjagtigt at fange toptemperaturstigningen under hurtige effektimpulser. Denne type analyse er generelt tidskrævende og kræver mere datainput end statisk effektsimulering.

Denne model kan simulere epoxyporerne i matriceforbindelsesområdet eller pletteringsporerne på PCB-kølepladen. I begge tilfælde vil epoxy-/pletteringsporer påvirke emballagens termiske modstand.

Termisk simulering er en vigtig del af udviklingen af ​​strømprodukter. Derudover kan den også guide dig til at indstille de termiske modstandsparametre, der dækker hele området fra siliciumchip-FET-forbindelsen til implementering af forskellige materialer i produktet. Når vi først forstår de forskellige termiske modstandsveje, kan vi optimere mange systemer til alle applikationer.

Disse data kan også bruges til at bestemme korrelationen mellem deratingfaktoren og stigningen i den omgivende driftstemperatur. Disse resultater kan bruges til at hjælpe produktudviklingsteams med at udvikle deres design.