Drei effektive Methoden zur Wärmeableitung von Leistungsmodulen
Es gibt drei grundlegende Methoden für die Energieübertragung von Leistungsmodulen vom Hochtemperaturbereich in den Niedertemperaturbereich: Strahlung, Transmission und Konvektion.
Strahlung: Die elektromagnetische Induktionsübertragung von Wärme, die zwischen zwei Blöcken unterschiedlicher Temperatur erzeugt wird.
Transmission: Die Übertragung der Wärmeerzeugung durch ein festes Medium.
Konvektion: Wärmeübertragung durch ein flüssiges Medium (Gas).
In einer Vielzahl von spezifischen Anwendungen haben alle drei Methoden der Wärmeübertragung oft unterschiedliche Wirkungsgrade. In den meisten Anwendungen ist Konvektion die kritischste Wärmeübertragungsmethode. Wenn die anderen beiden Wärmeableitungsmethoden hinzugefügt werden, ist die tatsächliche Wirkung besser. In manchen Situationen können diese beiden Methoden jedoch auch kontraproduktive Auswirkungen haben. Daher werden bei der Entwicklung eines hochwertigen Wärmeableitungssystems alle drei Wärmeübertragungsmethoden sorgfältig berücksichtigt.
Leistungsmodul
1, Strahlungsquelle, Wärmeableitung
Wenn sich zwei Grenzflächen mit unterschiedlichen Temperaturen gegenüberstehen, führt dies zu einer kontinuierlichen Wärmeübertragung durch Strahlung.
Der letztendliche Einfluss der Strahlung auf die Temperatur bestimmter Blöcke wird von vielen Faktoren bestimmt: der Temperaturdifferenz verschiedener Komponenten, der Ausrichtung der verwandten Komponenten, der Glätte der Oberfläche der Komponenten und deren gegenseitiger Beabstandung usw. Denn es gibt keinen Weg Um dieses Element quantitativ zu analysieren, sowie den Einfluss der Umgebung'des eigenen kinetischen Strahlungsenergieaustauschs, ist es sehr kompliziert, den Schaden der Strahlung für die Temperatur zu messen, und es ist schwierig, ihn genau zu berechnen.
Bei der spezifischen Anwendung des Schaltleistungswandler-Steuermoduls ist es unwahrscheinlich, dass man sich als Kühlmethode des Wandlers ausschließlich auf die Ableitung von Strahlungswärme verlässt. In den meisten Fällen leitet die Strahlungsquelle nur 10 % oder weniger der gesamten Wärmeerzeugung ab. Daher wird Strahlungswärme im Allgemeinen nur als Hilfsmethode zusätzlich zum Schlüsselwärmeableitungsverfahren verwendet und wird im Allgemeinen im thermischen Designplan nicht berücksichtigt. Der Einfluss der Temperatur des Netzteilmoduls. In bestimmten Anwendungen ist die Temperatur des allgemeinen Umrichtersteuermoduls höher als die natürliche Umgebungstemperatur. Daher ist die kinetische Strahlungsenergieübertragung der Wärmeableitung förderlich. Unter bestimmten Bedingungen ist jedoch die Temperatur einiger Wärmequellen (elektronische Geräteplatinen, Hochleistungswiderstände usw.) um das Steuermodul herum höher als die Temperatur des Leistungsmoduls, und die Strahlungswärme dieser Objekte erhöht die Temperatur des Steuermoduls.
Im Entwurfsplan für die Wärmeableitung sollten die relativen Positionen der Peripheriekomponenten des Umrichtersteuermoduls wissenschaftlich nach dem Einfluss der Wärmestrahlung angeordnet werden. Wenn sich die heißen Bauteile in der Nähe des Umrichter-Steuermoduls befinden, sollten die dünnen Rippen der Wärmedämmplatte zwischen dem Steuermodul und den heißen Bauteilen eingesetzt werden, um die Wärmewirkung der Strahlungsquelle zu schwächen.
2, Transmissionswärmeableitung
Bei vielen Anwendungen muss die auf dem Leistungsmodulsubstrat erzeugte Wärme durch Wärmeübertragungskomponenten auf eine lange Wärmeableitungsfläche übertragen werden. Auf diese Weise entspricht die Temperatur des Leistungsmodulsubstrats der Summe der Temperatur der Wärmeableitungsoberfläche, der Temperatur der Wärmeübertragungskomponenten und der Temperatur beider Oberflächen. Der Wärmewiderstand der Wärmeübertragungskomponenten ist proportional zur Länge L zwischen den beiden und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche und Wärmeübertragungsrate zwischen den beiden. Durch die Verwendung geeigneter Rohstoffe und Querschnittsflächen kann auch der Wärmewiderstand der Wärmeübertragungskomponenten effektiv reduziert werden. Wenn Bauraum und Kosten erlaubt sind, sollte der Heizkörper mit dem geringsten Wärmewiderstand verwendet werden. Es ist zu beachten, dass bei einer leichten Abnahme der Substrattemperatur des Leistungsmoduls die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF) deutlich ansteigt.
Die Rohstoffe für die Herstellung von Kühlkörpern sind ein zentrales Element, das sich auf die Effizienz auswirkt, daher müssen Sie bei der Auswahl auf viele Aspekte achten. Bei den meisten Anwendungen wird die vom Leistungsmodul erzeugte Wärme vom Substrat auf den Kühlkörper oder die Wärmeübertragungskomponenten übertragen. Auf der Oberfläche zwischen dem Leistungsmodulsubstrat und den Wärmeübertragungskomponenten besteht jedoch ein Temperaturunterschied. Diese Art der Temperaturdifferenz muss kontrolliert werden. Der Wärmewiderstand ist im Wärmeabfuhr-Regelkreis in Reihe geschaltet. Die Temperatur des Substrats sollte der Oberflächentemperatur und den Wärmeübertragungskomponenten entsprechen. Die Summe der Temperatur. Wenn es nicht kontrolliert wird, ist der Temperaturanstieg der Oberfläche sehr offensichtlich. Die Gesamtoberfläche sollte so groß wie möglich sein und die Glätte der Oberfläche sollte innerhalb von 5 mil (0,005 Fuß) liegen. Um die Unebenheiten der Oberfläche besser zu beseitigen, können Sie die Oberfläche mit Wärmeleitkleber oder Wärmeleitpad füllen. ) Durch geeignete Gegenmaßnahmen kann der Oberflächenwärmewiderstand auf unter 0,1 ℃/W gesenkt werden. Nur durch Reduzierung des Wärmeableitungswiderstandes (RTH) oder Reduzierung der Leistungsaufnahme (Ploss) kann die Temperatur gesenkt und der TAmax erhöht werden. Die maximale Leistung des Schaltnetzteils hängt von der Temperatur der Anwendungsszene ab. Die wichtigsten Parameter, die die Ausgangsverlustleistung Ploss, den thermischen Widerstand RTH und das höchste Schaltnetzteil beeinflussen Gehäusetemperatur TC. Das Schaltnetzteil mit hohem Wirkungsgrad und bester Wärmeableitung hat eine niedrigere Temperatur. Wenn die Nennausgangsleistung ausgegeben wird, ist ihre nutzbare Temperatur marginal. Die Temperatur eines Schaltnetzteils mit geringerer Effizienz oder schwacher Wärmeableitung wird höher sein. Sie müssen luftgekühlte oder leistungsreduzierte Anwendungen sein.
3, Konvektionswärmeableitung
Die Konvektionswärmeableitung ist die am häufigsten verwendete Wärmeableitungsmethode für Aipu-Leistungswandler. Konvektion wird im Allgemeinen in natürliche Konvektion und erzwungene Konvektion unterteilt. Die Übertragung von Wärme von der Oberfläche des heißen Blocks auf das umgebende statische Gas mit einer niedrigeren Temperatur wird als natürliche Konvektion bezeichnet; Die Übertragung von Wärme von der Oberfläche des heißen Blocks auf das flüssige Gas wird als erzwungene Konvektion bezeichnet.
Die Vorteile der natürlichen Konvektion bestehen darin, dass sie sehr einfach zu implementieren ist, keine elektrischen Ventilatoren erfordert, kostengünstig ist und eine hohe Zuverlässigkeit bei der Wärmeableitung bietet. Im Gegensatz zur erzwungenen Konvektion ist jedoch zum Erreichen der gleichen Substrattemperatur ein großer Kühlkörper erforderlich.
Bei der Gestaltung von Heizkörpern mit natürlicher Konvektion sollte auch auf Folgendes geachtet werden:
Im Allgemeinen werden für Kühlkörper nur die Hauptparameter von vertikalen Kühlkörpern angegeben. Der tatsächliche Wärmeableitungseffekt des horizontalen Kühlkörpers ist schwach. Wenn eine horizontale Installation erforderlich ist, sollte die Fläche des Heizkörpers entsprechend vergrößert werden, und es kann auch eine erzwungene Konvektionswärmeableitung verwendet werden.
