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PCB技術
高周波ボードスイッチング電源の熱設計の解析
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高周波ボードスイッチング電源の熱設計の解析

高周波ボードスイッチング電源の熱設計の解析

2021-11-29
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Author:iPCBer

1. Introduction

ElエctronIC products gエnエrエーlly H動作温度に関する厳格な要件. tの内部の過度の温度上昇H電源装置はTH温度感受性半導体デバイスのE故障, 電解コンデンサHコンポーネント. WHエヌティーHE温度がある値を超える, tH故障率は指数関数的に増加する. 統計情報H有限会社HアットアットH電子部品のE信頼性は毎時10 %減少するH電子部品の温度は2°C°C上昇するtH50℃°Cの温度上昇での寿命は1である/tの6H25℃°Cの温度上昇で. THエレフォア, 電子機器はH制御の要件H温度上昇H全体がCHアシスと内部構成要素. THはTですHイーティーH電子機器の電機設計. For H周波数 スイッチH電源供給, WHICH Hアベニュー HアイクH-パワー H食べる装置, 温度はTですH最も重要な要因HEIRの信頼性. フォーティーH理由は, tHエレは厳格な要件HオーバーオールTHアーマーデザイン. THコンプリートHエrmalデザインには2つの側面があります。 HコントロールするHエ HTによる食事Hエ Hソースを食べる H消耗するHエ HTによる食事Hエ Hソースを食べる. TH究極のゴールは HコントロールするHTの温度Hアフター電子機器HイーティーHエrmal平衡はrエacであるHエドウィットHインTH許容範囲.

IPCB

2. H食べるing control desアイクn

THエメイン H成分を食べるHEスイッチHING電源は半導体スイッチであるHing チューブs (総研大H MOSFETとして, IGBT, GTR, SCR, etc.), HアイクH-poWer diodes (総研大H 超高速回復ダイオードとして, SCHオトロープ, etc.), HアイクH周波数変圧器, フィルタインダクタH磁気部品と偽荷重, etc. TH異なる出会いH制御のODS HEACを食べるH 種類 H食べる要素.

2.1を減らすHe H食べ放題H電源スイッチH

THEスイッチH チューブはTHコンポーネントHで生成する HイートインHe HアイクH-周波数切替H電源装置. 削減 H食べるだけではないHEの信頼性HEスイッチH チューブそのもの, しかし、またHTの温度Hイー・WHオールマックH伊根, 改良するHE効率Hイー・WHオールマックHアイヌとTH平均故障間隔. ((mtbf)). WHエヌティーHEスイッチH チューブは通常動作中です, それはオンとオフの2つの状態にある, とTH生成されたE損失はH原因による損失Hつの臨界状態とTH原因による損失Hオン・オン. の間でHエム, tHオン状態損失はTによって決定されるHTのEオン抵抗HEスイッチH チューブそのもの. TH損失はCで減らすことができますかH低オン抵抗スイッチのoosingH tube. THMOSFETのEオン抵抗は、より大きいHエートンHIGBTで, しかし、その動作周波数は HアイクHer, だからまだTHスイッチング電源装置H電源設計. NoW IR's neW IRL3713 series HEXFET (Hexagonal field effect transistor) power MOSFET HACとしてH3 mの状態で抵抗している状態は、抵抗します, だからHアットアットHデバイス H低損失, ゲートCHARGEとスイッチH損失. THアメリカンプラスカンパニー H類似品. THe損失Hターンオンとターンオフの2つの臨界状態もデバイスウィットを選択することによって低減することができるH より高速なスイッチHINGの速度とSHオルター回復時間. しかし、THもっと重要なHINGは、より良い制御METHODSとバッファリングテックHニケ. TH会うHOD缶缶Hの利点HエヌティーHEスイッチH周波数は HアイクHer. 例えば, 様々なソフトスイッチHアイテックHノウハウはHEスイッチHチューブをONまたはOFFにするチューブHEゼロ電圧とゼロ電流状態, tH大幅に減少するH原因による損失Hつの州. しかし, 一部のメーカーはまだ使用 HリードスイッチHアイテックHTからのノロジーHEコスト展望, とTHを減らすことができますHeの損失HEスイッチHチューブの信頼性向上HラグH 様々な種類のバッファリングテックH備考.

2.2削減THe H食べ放題Hイーピーower diode

インTHe HアイクH-周波数切替H電源装置, tHERSはパワーダイオードの多くの応用である, とTHE選択された種類も異なります. フォーティーHパワーダイオードHATで整流HE入力50 Hz交流電流とTH高速回復ダイオードHEスナバ回路, 平常に, tHエールは、より良い支配H損失を減らすためのノロジー, オンリー HアイクH-品質デバイスを選択することができます, 総研大H としてH導電電圧の使用. 下流SCH超高速回復ダイオードH 速度とソフトの回復は、損失と H食べる. TH整流器回路H二次側He HアイクH周波数変圧器はまた、同期を採用することができますH深い整流H怒るHERを減らすH整流電圧降下 H食べる世代, でもボットH のHエム増加HEコスト. THエレフォア, H有限会社HメーカーグリップHパフォーマンスとコストと交流のバランスH盗賊THe HアイクHESTコストパフォーマンスは、質問wortですH研究のy.

2.3低下するHe H磁気部品の食べ方H AS HアイクH周波数変圧器 and filter inductors

Various magnetic components are indispensably used in HアイクH-周波数切替H電源供給, 総研大H としてHフィルタの雑音, エネルギー貯蔵フィルタインダクタ, 絶縁電源, and HアイクH-frequency transformers. THEYは仕事中に銅の損失と鉄損を生み出す, とTH損失はTで放出されるHEフォーム H食べる. 特にインダクタと変圧器, tHe HアイクH- Tに流れる周波数電流HEコイルは2倍になるH銅損Hスキンエフェクト, だからH原因による損失HEインダクタと変圧器は、無視できない部分になります. THエレフォア, インTHEデザイン, マルチティーHエナメル線でHモールドは並列巻き用に使用される, またはワイドとTH銅でHエーーツSH型を減らすために巻線に使用されるH皮膚効果の影響. THEの磁気コアは、一般に HigH高品質フェライト材料, sucH 日本で作られたTDK磁性材料として. 一定のマージンH型は左にあるH磁気飽和防止のためのEモデル選択.

2.4低下するHEカロリー値He fake load

In ordエルティーo avoid tH無負荷状態によるE電圧上昇, HigH-パワースイッチHING電源はしばしば機知に富んだH ダミーロードHigH電源抵抗器. THISは、特に電源供給のために本当ですH ソースPFCユニット. WHエヌティーHEスイッチHING電源は動作している, tHダミーロード H少量の電流を流す, wHicH だけでなく、HE効率HEスイッチH電源装置, しかし、その H食べる世代はHで影響を与えるHイーティーHTのermal安定性Hイー・WHオールマックH伊根. THeの位置Hダミー負荷HEプリント 板 (PCB) is often very closイーティーo tH出力フィルタリング用電解コンデンサ, とTH電解コンデンサは温度に非常に敏感である. THエレフォア, Tを減らす必要があるHEカロリー値Hダミーロード. より実用的な方法はH可変インピーダンスMETとしてのE荷重Hod. THEサイズHダミー負荷インピーダンスは、TH出力電流HEスイッチH電源装置. WHエヌティーHE電源は通常負荷である, tHダミーロード終了H現在の消費状態WHエヌティーH無負荷, tHダミー負荷がH最大電流. THは影響しませんHTの安定性HE電源無負荷, それはtを減らすHE効率HE電源供給と大量不要の発生 H食べる.

3. Heat dissipation design

3.1 THベーシックミートHOD H散逸を食べるHod

THエレはTHの基本的な方法 H散逸する H伝導を食べる, 対流 H転送と食べる H放射線を食べる.

1) H伝導を食べる THe HトランスファーHtの間で起こるHTのいろいろな部分H直接接触または機知におけるEオブジェクトHインTHオブジェクトは H伝導を食べる. THイーメックHアソシエーションはH異なる温度における物体間の分子運動エネルギーの相互移動. THEコンセプト H導電性はTによく似ているH現在の. いつもの場所から熱を流すH a HigH 場所機知への温度H 低温. THエレはTHにおけるermal抵抗HEプロセス H伝導を食べる, ジャスト・ティーH抵抗はTに抵抗H電流の流れ. ITS Heat flow Φ=[W, wHRTはTですHイーティーHermal抵抗, そして、けちはTですH温度差. THイーティーHermal resistランス Rt=[K/W], wHええとHイーティーHTの癖H導体, ケニーはTですHe tH電気伝導度, そして、AはTですHの断面断面積H導体. インTH道あり, インTHEデザインHEスイッチH電源装置, tH温度上昇は、Tから得られるHの電力損失He Hソースを食べる. 実用上, tHe H食べ放題He Hソースを食べるHEラジエター H通過するHラグH tHいくつかの異なる材料の電気伝導体, tHatは, tHエレは異なるTのシリーズですH真皮抵抗. In tH計算, tHトータルTH勃起抵抗性H複数のTの和H真皮抵抗.

2) Convective H転送を食べる H食事はtに移されるH流体層の近くにHラグH Heat conduction. アフター・ティーH流動層は H敬服する, その体積は拡大する, 密度は小さくなる, そして上へ, とTH高密度流体を囲むEがそれを満たす. TH流体吸収 H食べると拡大し、上方に流れる, そして、Tで循環するH道あり, 連続撮影 Hから食べるH表面温度He H食べる要素. THプロセスは対流と呼ばれる H転送を食べる. TH対流の計算 H一般的に食べる転送He formula proposed by Newton: Φ=αA(θ1-θ2)[W], wHAはAですHエリアEHウォールインコンタクトH tH流体 [m2], ±±TH対流 H摂食移動係数, そして、1He wall temperature [ K], φ2はTであるH平均温度He fluid [K]. それは見ることができるHアットアットHe Hフラックスを食べるHE製品H対流 H摂食伝達係数, tH断面領域, とTHT間温度差H固体表面とTHe fluid (θ1-θ2). 対流 H摂食は複雑である H摂食過程, wHicH だけでなく、He H食べ方, しかし、THの動的過程HEガス. 簡単に言えば, tHエレは2つの要素H対流対流で H転送を食べる: (1) THe pHTのysical特性He fluid, sucH 密度として, 粘度, 膨張係数, tH電気伝導度, 具体的 Heat, etc.; (2) THEの流れHE流体は、自然対流静止強制対流, 層流または乱流. 層流で, H転送は主に依存する H無関係の流動層の間の伝導を食べる;WH乱流におけるILE, tH流体はTの外側に渦を発生するHE層に近いE層流底層H壁にエヌHance H転送を食べる. 一般的に言えば, の下にHと同じH条件, tHe H乱流の伝達係数は数倍大きいHエートンH層流で, 以上.

3) THエルマ放射線H温度差による電磁波伝搬H放射線. そのプロセスはH もっと複雑なHan H伝導と対流を食べる Heat transfer. それはTですHエナジーTHで変換するHe H物体のエネルギーを電磁波に浸す. Tの周りに広がるHラグH tHミディアムTH電磁波伝送H 空気と真空. WHそれは遭遇otHオブジェクト, それの一部は吸収されて、変わります Hエネルギーを食べる, とTHEレストは反射される. TH様々な物体によって放射される赤外線放射 H放射線を食べる. 真空または空気中, tH物体が放射する放射能力はTに依存するHTの自然Hオブジェクト, surface condition (sucH 色として, ラグHネス, etc.), 表面積, 表面温度. Φ=εσbA(T14-T24) wHは、ボルツマンの定数機知ですH 5の価値.67*10-8, AはTですHe radiation surface area [m2], TはTですH絶対温度THE面He two objects [K], ケニーはTですH表面黒色度 . THダーカーアンドルージュHer tH表面温度Hオブジェクト, tHより強いTH放射能力.