การระบายความร้อนของพาวเวอร์ซัพพลายเพื่อปรับประสิทธิภาพและต้นทุนของวงจรให้เหมาะสมที่สุด

การจำลองด้วยความร้อนเป็นส่วนสำคัญในการพัฒนาผลิตภัณฑ์กำลังไฟฟ้าและให้แนวทางเกี่ยวกับวัสดุของผลิตภัณฑ์ การปรับขนาดของโมดูลให้เหมาะสมเป็นแนวโน้มการพัฒนาการออกแบบอุปกรณ์ปลายทาง ซึ่งทำให้เกิดการแปลงการจัดการการกระจายความร้อนจากแผ่นระบายความร้อนโลหะไปเป็นชั้นทองแดงของ PCB โมดูลบางรุ่นในปัจจุบันใช้ความถี่สวิตชิ่งที่ต่ำลงสำหรับพาวเวอร์ซัพพลายโหมดสวิตช์และส่วนประกอบแบบพาสซีฟขนาดใหญ่ สำหรับการแปลงแรงดันไฟและกระแสไฟนิ่งซึ่งขับเคลื่อนวงจรภายใน ประสิทธิภาพของตัวควบคุมเชิงเส้นค่อนข้างต่ำ

เมื่อฟังก์ชันมีมากขึ้น ประสิทธิภาพก็สูงขึ้นเรื่อยๆ และการออกแบบอุปกรณ์ก็กะทัดรัดยิ่งขึ้น ในขณะนี้ การจำลองการกระจายความร้อนระดับ IC และระดับระบบมีความสำคัญมาก

อุณหภูมิสภาพแวดล้อมในการทำงานของบางแอพพลิเคชั่นอยู่ที่ 70 ถึง 125 °C และอุณหภูมิของงานยานยนต์ขนาดได-ไซส์บางประเภทก็สูงถึง 140°C สำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้ การทำงานของระบบอย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งสำคัญมาก เมื่อปรับการออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์ให้เหมาะสม การวิเคราะห์เชิงความร้อนที่แม่นยำภายใต้สถานการณ์กรณีเลวร้ายที่สุดชั่วคราวและแบบคงที่สำหรับการใช้งานสองประเภทข้างต้นมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ

เส้นทางการกระจายความร้อนและความต้านทานความร้อนแตกต่างกันไปตามวิธีการใช้งานที่แตกต่างกัน: แผ่นระบายความร้อนที่เชื่อมต่อกับแผงระบายความร้อนภายในหรือรูระบายความร้อนที่ทางแยกของส่วนที่ยื่นออกมา ใช้บัดกรีเพื่อเชื่อมต่อแผ่นระบายความร้อนที่สัมผัสหรือการเชื่อมต่อกระแทกกับชั้นบนสุดของ PCB ช่องเปิดบน PCB ด้านล่างแผ่นระบายความร้อนแบบเปิดหรือการเชื่อมต่อแบบกระแทก ซึ่งสามารถเชื่อมต่อกับฐานระบายความร้อนแบบขยายที่เชื่อมต่อกับโมดูล' เคสโลหะ ใช้สกรูโลหะเพื่อเชื่อมต่อแผ่นระบายความร้อนกับแผ่นระบายความร้อนที่ชั้นทองแดงด้านบนหรือด้านล่างของ PCB ของเปลือกโลหะ ใช้บัดกรีเพื่อเชื่อมต่อแผ่นระบายความร้อนที่สัมผัสหรือการเชื่อมต่อกระแทกกับชั้นบนสุดของ PCB นอกจากนี้ น้ำหนักหรือความหนาของการชุบทองแดงที่ใช้กับ PCB แต่ละชั้นนั้นมีความสำคัญมาก ในแง่ของการวิเคราะห์ความต้านทานความร้อน ชั้นต่างๆ ที่เชื่อมต่อกับแผ่นสัมผัสหรือการกระแทกจะได้รับผลกระทบโดยตรงจากพารามิเตอร์นี้ โดยทั่วไป สิ่งเหล่านี้คือชั้นบนสุด ฮีตซิงก์ และชั้นล่างในแผงวงจรพิมพ์หลายชั้น ในการใช้งานส่วนใหญ่ อาจเป็นทองแดง 2 ออนซ์ (ทองแดง 2 ออนซ์=2.8 มม. หรือ 71 µm) ชั้นนอก และทองแดง 1 ออนซ์ (ทองแดง 1 ออนซ์=1.4 มม. หรือ 35 µm) หรือทั้งหมดเป็น ชั้นหุ้มทองแดงหนา 1 ออนซ์ ในการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค บางแอปพลิเคชันถึงกับใช้ชั้นทองแดง 0.5 ออนซ์ (ทองแดง 0.5 ออนซ์=0.7 mils หรือ 18 µm)

ข้อมูลโมเดล

การจำลองอุณหภูมิแม่พิมพ์ต้องใช้ไดอะแกรมเค้าโครง IC ซึ่งรวมถึง FET กำลังทั้งหมดบนแม่พิมพ์และตำแหน่งจริงที่สอดคล้องกับหลักการบรรจุภัณฑ์และการบัดกรี

ขนาดและอัตราส่วนกว้างยาวของแต่ละ FET มีความสำคัญมากสำหรับการกระจายความร้อน ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาคือ FET นั้นได้รับพลังงานพร้อมกันหรือตามลำดับ ความถูกต้องของแบบจำลองขึ้นอยู่กับข้อมูลทางกายภาพและคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้

การวิเคราะห์พลังงานแบบสถิตหรือค่าเฉลี่ยของแบบจำลองต้องใช้เวลาคำนวณสั้นๆ และการบรรจบกันจะเกิดขึ้นเมื่อบันทึกอุณหภูมิสูงสุดแล้ว

การวิเคราะห์ชั่วคราวต้องใช้ข้อมูลเปรียบเทียบระหว่างกำลัง-เวลา เราใช้ขั้นตอนการวิเคราะห์ที่ดีกว่าเคสจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเพื่อบันทึกข้อมูลเพื่อจับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างแม่นยำระหว่างพัลส์กำลังไฟฟ้าที่รวดเร็ว การวิเคราะห์ประเภทนี้มักใช้เวลานานและต้องการการป้อนข้อมูลมากกว่าการจำลองพลังงานแบบสถิต

โมเดลนี้สามารถจำลองรูพรุนอีพ็อกซี่ในพื้นที่เชื่อมต่อไดย์ หรือรูพรุนชุบของแผงระบายความร้อน PCB ในทั้งสองกรณี รูพรุนของอีพ็อกซี่/การชุบจะส่งผลต่อความต้านทานความร้อนของบรรจุภัณฑ์

การจำลองความร้อนเป็นส่วนสำคัญของการพัฒนาผลิตภัณฑ์ด้านพลังงาน นอกจากนี้ยังสามารถแนะนำให้คุณตั้งค่าพารามิเตอร์ความต้านทานความร้อน ซึ่งครอบคลุมช่วงทั้งหมดตั้งแต่ทางแยก FET ของชิปซิลิกอนไปจนถึงการนำวัสดุต่างๆ ไปใช้ในผลิตภัณฑ์ เมื่อเราเข้าใจเส้นทางการต้านทานความร้อนที่แตกต่างกันแล้ว เราก็สามารถปรับระบบจำนวนมากให้เหมาะกับการใช้งานทั้งหมดได้

ข้อมูลนี้ยังสามารถใช้เพื่อกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยลดพิกัดกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิแวดล้อมในการทำงาน ผลลัพธ์เหล่านี้สามารถใช้เพื่อช่วยทีมพัฒนาผลิตภัณฑ์พัฒนาการออกแบบของพวกเขา