Devre performansını ve maliyeti optimize etmek için güç kaynağı soğutması
Termal simülasyon, güç ürünleri geliştirmenin ve ürün malzeme yönergeleri sağlamanın önemli bir parçasıdır. Modül boyutunu optimize etmek, ısı dağılımı yönetiminin metal ısı emiciden PCB bakır katmanına dönüştürülmesini sağlayan terminal ekipmanı tasarımının gelişme eğilimidir. Günümüzde bazı modüller, anahtarlamalı güç kaynakları ve büyük pasif bileşenler için daha düşük anahtarlama frekansları kullanır. Dahili devreyi süren voltaj dönüşümü ve durgun akım için, lineer regülatörün verimliliği nispeten düşüktür.
Fonksiyonlar çoğaldıkça performans da yükselir ve cihaz tasarımı giderek daha kompakt hale gelir. Şu anda, IC düzeyinde ve sistem düzeyinde ısı dağılımı simülasyonu çok önemli hale geliyor.
Bazı uygulamaların çalışma ortamı sıcaklığı 70 ila 125 °C'dir ve bazı kalıp boyutundaki otomotiv uygulamalarının sıcaklığı 140 °C'ye kadar çıkabilir. Bu uygulamalar için sistemin kesintisiz çalışması çok önemlidir. Elektronik tasarımları optimize ederken, yukarıdaki iki tür uygulama için geçici ve statik en kötü durum senaryoları altında doğru termal analiz giderek daha önemli hale geliyor.
Farklı uygulama yöntemlerine göre ısı yayılımı ve ısıl direnç yolları farklıdır: Dahili ısı emici panele bağlı ısı dağıtma pedleri veya çıkıntıların birleştiği yerde ısı dağıtma delikleri. Açıkta kalan termal pedi veya çarpma bağlantısını PCB'nin üst katmanına bağlamak için lehim kullanın. Modülün' metal kasasına bağlı genişletilmiş ısı emici tabanına bağlanabilen, açıkta kalan termal pedin veya çarpma bağlantısının altındaki PCB üzerinde bir açıklık. Isı emiciyi, metal kabuğun PCB'sinin üst veya alt bakır tabakasındaki ısı emiciye bağlamak için metal vidalar kullanın. Açıkta kalan termal pedi veya çarpma bağlantısını PCB'nin üst katmanına bağlamak için lehim kullanın. Ayrıca 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 devre kartındaki üst, ısı emici ve alt katmanlardır. Çoğu uygulamada, iki ons bakır (2 ons bakır=2,8 mil veya 71 µm) dış katman ve 1 ons bakır (1 ons bakır=1,4 mil veya 35 µm) iç katman olabilir veya tümü olabilir. 1 ons ağır bakır kaplı tabaka. Tüketici elektroniği uygulamalarında, bazı uygulamalar 0,5 ons bakır (0,5 ons bakır=0,7 mil veya 18 µm) katmanı bile kullanır.
Model verileri
Kalıp sıcaklığını simüle etmek, kalıp üzerindeki tüm güç FET'lerini ve paketleme ve lehimleme ilkelerine uyan gerçek konumları içeren bir IC yerleşim şemasını gerektirir.
Her FET'in boyutu ve en boy oranı, ısı dağılımı için çok önemlidir. Dikkate alınması gereken bir diğer önemli faktör, FET'lerin aynı anda mı yoksa sırayla mı çalıştırıldığıdır. Modelin doğruluğu, kullanılan fiziksel verilere ve malzeme özelliklerine bağlıdır.
Modelin statik veya ortalama güç analizi, yalnızca kısa bir hesaplama süresi gerektirir ve maksimum sıcaklık kaydedildiğinde yakınsama gerçekleşir.
Geçici analiz, güç-zaman karşılaştırma verileri gerektirir. Hızlı güç darbeleri sırasında tepe sıcaklık artışını doğru bir şekilde yakalamak için verileri kaydetmek için anahtarlamalı güç kaynağı durumundan daha iyi bir analitik prosedür kullandık. Bu tür analiz 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. Ayrıca, silikon çip FET bağlantısından üründeki çeşitli malzemelerin uygulanmasına kadar tüm aralığı kapsayan termal direnç parametrelerini ayarlamanıza da rehberlik edebilir. Farklı termal direnç yollarını anladığımızda, birçok sistemi tüm uygulamalar için optimize edebiliriz.
Bu veriler, değer kaybı faktörü ile ortam çalışma sıcaklığındaki artış arasındaki korelasyonu belirlemek için de kullanılabilir. Bu sonuçlar, ürün geliştirme ekiplerinin tasarımlarını geliştirmelerine yardımcı olmak için kullanılabilir.
