. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy IX - Odhad nárůstu teploty výkonových součástek

Power tipy IX - Odhad nárůstu teploty výkonových součástek

V devátém díle seriálu Power Tip se zaměříme na odvod tepelných ztrát výkonových SMD součástek a odhad nárůstu teploty.

Dříve nebylo velkým problémem odhadnout oteplení polovodičových prvků prakticky v jakémkoliv zařízení. Stačilo jen zjistit, jak velký výkon se ztrácí v jednotlivých částech aplikace a podle získaných hodnot použít odpovídající velikost a výkon chladicího systému, stejně jako samotný druh chlazení. Snahou po odstranění mechanických chladičů, především z důvodu velikosti a ceny, se dnes situace výrazně komplikuje. Moderní polovodičové čipy jsou osazovány do tepelně zdokonalených pouzder, využívajících plochu desky s plošnými spoji jako účinného chladiče, poskytujícího dostatečný odvod ztrátového tepla. Jak je patrné z obr. 1, teplo se od čipu odvádí přes kovovou část pouzdra a to přímo do desky s plošnými spoji (PCB). Zde pak zachycené teplo teče kolmo od vlastního čipu a z desky postupně přechází do okolního prostředí. Mezi významné faktory, ovlivňující nárůst teploty čipu, patří především množství mědi v PCB a velikost plochy, která je k dispozici pro odvod přijatého tepla.


Obr. 1: Teplo se šíří příčně deskou s plošnými spoji a vyzařuje se do okolí

Technická dokumentace polovodičových prvků obvykle uvádí typický tepelný odpor od pouzdra obvodu do okolí, platný pro dané typické konfigurace PCB. Z toho vyplývá, že návrhář potřebuje jen vynásobit výkonové ztráty s tímto tepelným odporem a následně vypočítat reálný nárůst teploty. Problémy však vznikají v situacích, kdy požadovaný návrh nemá definovánu konfiguraci, nebo pokud je vyžadováno další snížení tepelného odporu.

Na obrázku 2 je uvedeno zjednodušené analogické schéma toku tepelné energie, které poskytuje další pohled na problematiku. Energie vyzařovaná čipem je reprezentována zdrojem proudu a tepelné přechody - odpory jsou reprezentovány jako rezistory. Uvedený obvod tak umožňuje snadné řešení pro libovolné napětí, reprezentující skutečný ztrátový výkon.
Uvedeny jsou tepelné odpory od čipu k ploše pouzdra a poté síť odporů, zastupujících přechod z desky s plošnými spoji do okolního prostředí. Tento model je platný za předpokladů: 1) deska je orientována svisle, 2) neexistuje nucené prouděním vzduchu nebo radiace chlazení, všechna tepelná energie je vyzářena z desky PCB a 3) na desce je pouze malý rozdíl teplot mezi jejími jednotlivými stranami.


Obr. 2: Elektrický ekvivalent toku tepelné energie zjednodušuje návrh

Na obrázku 3 je zachycen průběh tepelného odporu v závislosti na tloušťce mědi v PCB. Z grafu je patrné až trojnásobné zlepšení při přechodu od 1,4 mils mědi (2 vrstvy, 0,5 oz – cca. 14 g) na 8,4 mils (4 vrstvy, 1,5 oz – cca. 42 g). Dvě křivky reprezentují velikost pouzdra a styčné plochy, zajišťující tepelný tok. První je platná v případě plochy o průměru do 5 mm a druhá v případě plochy o průměru do 1 cm. Obě křivky jsou přitom navrženy při celkové ploše desky s plošnými spoji alespoň 20 cm2. Vlastní průběh grafu velice dobře koreluje s publikovanými údaji a lze tedy snadno použít pro hrubý odhad dopadu navrhované konstrukce na odvod tepla. Při používání těchto informací si však dejte pozor! Uvedené průběhy totiž nepředpokládají žádné další tepelné ztráty na ploše minimálně 20 cm2, které by situaci samozřejmě dále komplikovali.


Obr. 3: Odvod tepla může být dále výrazně zvýšen použitím jiné vrstvy mědi

Nezapomeňte na další pokračování seriálu Power Tip, kde budeme společně diskutovat o odezvě napájecího zdroje na skokovou změnu zátěže.

Reference:
1) "Power Supply Layout Considerations,” R. Kollman, TI Unitrode Power Supply Seminar, SEM1600, Topic 4, 2004-5: http://focus.ti.com/docs/training/catalog/events/event.jhtml?sku=SEM405006
2) "Power Pad Thermally Enhanced Package – SLMA002D,” by Steven Kummerl, Texas Instruments, October 2008: http://focus.ti.com/general/docs/techdocsabstract.tsp?abstractName=slma002d

Autor: Robert Kollman, Texas Instruments








GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk
Příbuzné články:
Power tipy I - Výběr správné pracovní frekvence spínaného zdroje
Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje
Power tipy III - Tlumení vstupního filtru - Díl 1 z 2
Power tipy IV - Tlumení vstupního filtru - Díl 2 z 2
Power tipy V - Záporné napětí ze snižujícího regulátoru
Power tipy VI - Správné měření napájecího zdroje
Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED
Power tipy VIII - Omezení EMI technikou rozprostřeného spektra
Power tipy IX - Odhad nárůstu teploty výkonových součástek
Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje
Power tipy XI - Řešení ztrát v obvodu napájení
Power tipy XII - Maximalizování účinnosti napájecího zdroje
Power tipy XIII - Omezte ztráty v jádře indukčnosti
Power tipy XIV - Zdroj topologie SEPIC zajišťuje vyšší účinnost
Power tipy XV - Levný a výkonný budič LED
Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče
Power tipy XVII - Komutační obvod u Flyback regulátoru
Power tipy XVIII - Jednoduché zlepšení stability regulátoru
Power tipy XIX - Snadné získání více záporných napětí
Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji
Power tipy XXI - Hlídejte RMS proud kondenzátorů
Power tipy XXII - Vyhněte se častým problémům s chybovým zesilovačem
Power tipy XXIII - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 1
Power tipy XXIV - Převod paralelní impedance na sériovou
Power tipy XXV - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 2
Power tipy XXVI - Přenos vysokofrekvenční energie vodičem
Power tipy XXVII - Paralelní řazení napájecích zdrojů
Power tipy XXIIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 1
Power tipy XXIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 2
Power tipy XXX - Síťový zdroj s obyčejným obvodem
Power tipy XXXI - Poměr vnitřních odporů v synchronním regulátoru
Power tipy XXXII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 1
Power tipy XXXIII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 2
Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj
Power tipy XXXV - Omezení parazitní kapacity v transformátorech

Komentáře (1):

Zobrazit starší 30 dnů (1)...

host
1. Dne 13. 09. 2010 v 13:26 zaslal host
Bez titulku
Nevíte někdo o programu, který by to dokázal spočítat? Přeci jen ovykle je na jedné desce víc výkonových tranzistorů a zdrojů.


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
USB teploměr a vlhkoměr
Digitální USB teploměr a vlhkoměr s možností připojení externího čidla, funkcí termostatu se zasíláním e-mailu i přenosem dat na webový server.
Skladem od 600 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007