Devre performansını ve maliyetlerini optimize etmek için güç soğutma
Termal simülasyon, güç ürünleri geliştirmenin ve ürün malzemesi yönergeleri sağlamanın önemli bir parçasıdır. Modülün boyutunu optimize etmek, ısı dağılımı yönetiminin metal ısı emiciden PCB bakır tabakasına dönüştürülmesini sağlayan terminal ekipmanı tasarımının geliştirme eğilimidir. Günümüzde bazı modüller, anahtar modu güç kaynakları ve büyük pasif bileşenler için daha düşük anahtarlama frekansları kullanmaktadır. Dahili devreyi yönlendiren voltaj dönüşümü ve sessiz akım için lineer regülatörün verimliliği nispeten düşüktür.
İşlevler daha bol hale geldikçe, performans daha da artar ve cihaz tasarımı giderek daha kompakt hale gelir. Şu anda, IC seviyesi ve sistem düzeyinde ısı dağılımı simülasyonu çok önemli hale geliyor.
Bazı uygulamaların çalışma ortamı sıcaklığı 70 ila 125°C, bazı kalıp boyutlu otomotiv uygulamalarının sıcaklığı ise 140°C'ye kadar yükselmektedir. Bu uygulamalar için sistemin kesintisiz çalışması çok önemlidir. Elektronik tasarımları optimize ederken, yukarıdaki iki tür uygulama için geçici ve statik en kötü senaryolar altında doğru termal analiz giderek daha önemli hale gelmektedir.
Isı dağılımı ve termal direnç yolları farklı uygulama yöntemlerine göre farklıdır: İç ısı emici panele bağlı ısı dağılımı pedleri veya çıkıntıların birleştiği noktadaki ısı dağılımı delikleri. Maruz kalan termal ped veya darbe bağlantısını PCB'nin üst katmanına bağlamak için lehim kullanın. Modülün metal kasasına bağlı genişletilmiş ısı emici tabanına bağlanabilen açık termal ped veya tampon bağlantısının altındaki PCB'de bir açıklık. Isı emiciyi metal kabuğun PCB'nin üst veya alt bakır tabakasındaki ısı emiciye bağlamak için metal vidalar kullanın. Maruz kalan termal ped veya darbe bağlantısını PCB'nin üst katmanına bağlamak için lehim kullanın. Ek olarak, PCB'nin her katmanında kullanılan bakır kaplamanın ağırlığı veya kalınlığı çok önemlidir. Termal direnç analizi açısından, maruz kalan pedlere veya tümseklere bağlı katmanlar bu parametreden doğrudan etkilenir. Genel olarak konuşursak, bunlar çok katmanlı baskılı bir devre kartındaki üst, ısı emici ve alt katmanlardır. Çoğu uygulamada, iki ons bakır (2 ons bakır = 2,8 mils veya 71 μm) dış tabaka ve 1 ons bakır (1 ons bakır = 1,4 mil veya 35 μm) iç katman olabilir veya hepsi 1 ons ağır bakır kaplı tabakadır. Tüketici elektroniği uygulamalarında, bazı uygulamalarda 0,5 ons bakır (0,5 ons bakır = 0,7 mils veya 18 μm) tabaka bile kullanılır.
Model verileri
Kalıp sıcaklığını simüle etmek, kalıp üzerindeki tüm güç FET'lerini ve paketleme ve lehimleme ilkelerine uygun gerçek konumları içeren bir IC düzen diyagramı gerektirir.
Her FET'nin boyutu ve en boy oranı ısı dağılımı için çok önemlidir. Dikkate alınması gereken bir diğer önemli faktör, FET'lerin aynı anda mı yoksa ardışık olarak mı güçlendirdiğidir. Modelin doğruluğu, kullanılan fiziksel verilere ve malzeme özelliklerine bağlıdır. Modelin statik veya ortalama güç analizi sadece kısa bir hesaplama süresi gerektirir ve maksimum sıcaklık kaydedildikten sonra yakınsama gerçekleşir.
Geçici analiz, güç zamanı karşılaştırma verileri gerektirir. Hızlı güç darbeleri sırasında en yüksek sıcaklık artışını doğru bir şekilde yakalamak için verileri kaydetmek için anahtarlama güç kaynağı durumundan daha iyi bir analitik prosedür kullandık. Bu tür analizler genellikle zaman alıcıdır ve statik güç simülasyonundan daha fazla veri girişi gerektirir.
Bu model, kalıp bağlantı alanındaki epoksi gözenekleri veya PCB ısı emicisinin kaplama gözeneklerini simüle edebilir. Her iki durumda da, epoksi / kaplama gözenekleri paketin termal direncini etkileyecektir.
Termal simülasyon, güç ürünlerinin geliştirilmesinin önemli bir parçasıdır. Ek olarak, silikon çip FET kavşağından üründeki çeşitli malzemelerin uygulanmasına kadar tüm aralığı kapsayan termal direnç parametrelerini ayarlamanıza da rehberlik edebilir. Farklı termal direnç yollarını anladıktan sonra, tüm uygulamalar için birçok sistemi optimize edebiliriz.
Bu veriler, derating faktörü ile ortam çalışma sıcaklığındaki artış arasındaki korelasyonu belirlemek için de kullanılabilir. Bu sonuçlar, ürün geliştirme ekiplerinin tasarımlarını geliştirmelerine yardımcı olmak için kullanılabilir.
