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大功率直流电源PCB电路板散热通道设计方案

热设计的重要性

电子设备在作业期间所耗费的电能,比方射频功放,FPGA芯片,大功率直流电源类产品,除了有用功外,大部分转化成热量宣布。电子设备发生的热量,使内部温度迅速上升,如果不及时将该热量宣布,设备会继续升温,器材就会因过热失效,电子设备的牢靠性将下降。SMT使电子设备的装置密度增大,有用大功率直流电源散热面积减小,设备温升严重地影响牢靠性,因而,对热设计的研讨显得十分重要。

搞射频的兄弟有柴,这样大功率直流电源散热也行?

关于大功率直流电源PCB电路板的大功率直流电源散热是一个十分重要的环节,那么大功率直流电源PCB电路板大功率直流电源散热技巧是怎样的,下面我们一起来讨论下。

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关于电子设备来说,作业时都会发生必定的热量,从而使设备内部温度迅速上升,如果不及时将该热量宣布出去,设备就会持续的升温,器材就会因过热而失效,电子设备的牢靠功能就会下降。因而,对电路板进行很好的大功率直流电源散热处理是十分重要的。


印制电路板温升要素剖析

引起印制板温升的直接原因是因为电路功耗器材的存在,电子器材均不同程度地存在功耗,发热强度随功耗的巨细改变。


印制板中温升的 2 种现象:

(1) 部分温升或大面积温升;

(2) 短时温升或长期温升。 在剖析 大功率直流电源PCB 热功耗时,一般从以下几个方面来剖析。


2.1 电气功耗

(1)剖析单位面积上的功耗;

(2)剖析 大功率直流电源PCB 板上功耗的散布。


2.2 印制板的结构

(1)印制板的尺度;

(2)印制板的资料。


2.3 印制板的装置办法

(1)装置办法(如笔直装置,水平装置);

(2)密封状况和离机壳的间隔。


2.4 热辐射

(1)印制板外表的辐射系数;

(2)印制板与相邻外表之间的温差和他们的绝对温度


2.5 热传导

(1)装置大功率直流电源散热器;

(2)其他装置结构件的传导。


2.6 热对流

(1)自然对流;

(2)逼迫冷却对流。


从 大功率直流电源PCB上述各要素的剖析是处理印制板的温升的有用途径,往往在一个产品和系统中这些要素是相互相关和依托的,大多数要素应依据实际状况来剖析,只需针对某一详细实际状况才能比较正确地核算或估算出温升和功耗等参数。


大功率直流电源PCB热设计的一些办法


1 经过大功率直流电源PCB板自身大功率直流电源散热


现在广泛应用的大功率直流电源PCB板材是覆铜/环氧玻璃布基材或酚醛树脂玻璃布基材,还有少数运用的纸基覆铜板材。这些基材尽管具有优秀的电气功能和加工功能,但大功率直流电源散热性差,作为高发热元件的大功率直流电源散热途径,简直不能盼望由大功率直流电源PCB自身树脂传导热量,而是从元件的外表向周围空气中大功率直流电源散热。但随着电子产品已进入到部件小型化、高密度装置、高发热化拼装时代,若只靠外表积十分小的元件外表来大功率直流电源散热是十分不行的。一起因为QFP、BGA等外表装置元件的很多运用,元器材发生的热量很多地传给大功率直流电源PCB板,因而,处理大功率直流电源散热的最好办法是进步与发热元件直触摸摸的大功率直流电源PCB自身的大功率直流电源散热才能,经过大功率直流电源PCB板传导出去或宣布出去。


2 高发热器材加大功率直流电源散热器、导热板

当大功率直流电源PCB中有少数器材发热量较大时(少于3个)时,可在发热器材上加大功率直流电源散热器或导热管,当温度还不能降下来时,可选用带电扇的大功率直流电源散热器,以增强大功率直流电源散热作用。当发热器材量较多时(多于3个),可选用大的大功率直流电源散热罩(板),它是按大功率直流电源PCB板上发热器材的方位和凹凸而定制的专用大功率直流电源散热器或是在一个大的平板大功率直流电源散热器上抠出不同的元件凹凸方位。将大功率直流电源散热罩全体扣在元件面上,与每个元件触摸而大功率直流电源散热。但因为元器材装焊时凹凸共同性差,大功率直流电源散热作用并不好。通常在元器材面上加柔软的热相变导热垫来改善大功率直流电源散热作用。


3 关于选用自在对流空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其他器材)按纵长办法摆放,或按横长办法摆放。


4 选用合理的走线设计完成大功率直流电源散热

因为板材中的树脂导热性差,而铜箔线路和孔是热的良导体,因而进步铜箔剩余率和添加导热孔是大功率直流电源散热的首要手法。

评估大功率直流电源PCB的大功率直流电源散热才能,就需要对由导热系数不同的各种资料构成的复合资料逐个大功率直流电源PCB用绝缘基板的等效导热系数(九eq)进行核算。


5 同一块印制板上的器材应尽可能按其发热量巨细及大功率直流电源散热程度分区摆放,发热量小或耐热性差的器材(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等)放在冷却气流的最上流(入口处),发热量大或耐热性好的器材(如功率晶体管、大规模集成电路等)放在冷却气流最下游。


6 在水平方向上,大功率器材尽量接近印制板边沿安顿,以便缩短传热途径;在笔直方向上,大功率器材尽量接近印制板上方安顿,以便削减这些器材作业时对其他器材温度的影响。


7 设备内印制板的大功率直流电源散热首要依托空气活动,所以在设计时要研讨空气活动途径,合理装备器材或印制电路板。空气活动时总是趋向于阻力小的当地活动,所以在印制电路板上装备器材时,要防止在某个区域留有较大的空域。整机中多块印制电路板的装备也应留意相同的问题。


8 对温度比较灵敏的器材最好安顿在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器材的正上方,多个器材最好是在水平面上交织布局。


9 将功耗最高和发热最大的器材安顿在大功率直流电源散热最佳方位邻近。不要将发热较高的器材放置在印制板的旮旯和四周边际,除非在它的邻近安排有大功率直流电源散热装置。在设计功率电阻时尽可能挑选大一些的器材,且在调整印制板布局时使之有满足的大功率直流电源散热空间。


10 射频功放或许LED 大功率直流电源PCB选用金属底座基板。


11 防止大功率直流电源PCB上热门的会集,尽可能地将功率均匀地散布在大功率直流电源PCB板上,坚持大功率直流电源PCB外表温度功能的均匀和共同。往往设计进程中要到达严厉的均匀散布是较为困难的,但必定要防止功率密度太高的区域,防止呈现过热门影响整个电路的正常作业。如果有条件的话,进行印制电路的热效能剖析是很有必要的,如现在一些专业大功率直流电源PCB设计软件中添加的热效能指标剖析软件模块,就能够帮助设计人员优化电路设计。


总结

3.1 选材

(1)印制板的导线因为经过电流而引起的温升加上规矩的环境温度应不超越 125 ℃(常用的典型值。依据选用的板材可能不同)。因为元件装置在印制板上也宣布一部分热量,影响作业温度,挑选资料和印制板设计时应考虑到这些要素,热门温度应不超越 125 ℃。尽可能挑选更厚一点的覆铜箔。

( 2 )特别状况下可挑选铝基、陶瓷基等热阻小的板材。

(3) 选用多层板结构有助于 大功率直流电源PCB 热设计。


3.2确保大功率直流电源散热通道畅通

(1)充分使用元器材排布、铜皮、开窗及大功率直流电源散热孔等技能建立合理有用的低热阻通道,确保热量顺畅导出 大功率直流电源PCB。

(2)大功率直流电源散热通孔的设置 设计一些大功率直流电源散热通孔和盲孔,能够有用地进步大功率直流电源散热面积和削减热阻,进步电路板的功率密度。如在 LCCC 器材的焊盘上设立导通孔。在电路出产进程中焊锡将其填充,使导热才能进步,电路作业时发生的热量能经过通孔或盲孔迅速地传至金属大功率直流电源散热层或背面设置的铜泊宣布掉。在一些特定状况下,专门设计和选用了有大功率直流电源散热层的电路板,大功率直流电源散热资料一般为铜/钼等资料,如一些模块大功率直流电源上选用的印制板。

(3)导热资料的运用 为了削减热传导进程的热阻,在高功耗器材与基材的触摸面上运用导热资料,进步热传导功率。

(4)工艺办法 对一些双面装有器材的区域简单引起部分高温,为了改善大功率直流电源散热条件,能够在焊膏中掺入少数的细微铜料,再流焊后在器材下方焊点就有必定的高度。使器材与印制板间的间隙添加,添加了对流大功率直流电源散热。


3.3元器材的排布要求

(1)对 大功率直流电源PCB进行软件热剖析,对内部最高温升进行设计操控;

(2)能够考虑把发热高、辐射大的元件专门设计装置在一个印制板上;

(3)板面热容量均匀散布,留意不要把大功耗器材会集布放,如无法防止,则要把矮的元件放在气流的上游,并确保满足的冷却风量流经热耗会集区;

(4)使传热通路尽可能的短;

(5)使传热横截面尽可能的大;

(6)元器材布局应考虑到对周围零件热辐射的影响。对热灵敏的部件、元器材(含半导体器材)应远离热源或将其隔离;

(7)(液态介质)电容器的最好远离热源;

(8)留意使逼迫通风与自然通风方向共同;

(9)附加子板、器材风道与通风方向共同;

(10)尽可能地使进气与排气有满足的间隔;

(11)发热器材应尽可能地置于产品的上方,条件答应时应处于气流通道上;

(12)热量较大或电流较大的元器材不要放置在印制板的旮旯和四周边际,只需有可能应装置于大功率直流电源散热器上,并远离其他器材,并确保大功率直流电源散热通道晓畅;

(13)(小信号放大器外围器材)尽量选用温漂小的器材;

(14)尽可能地使用金属机箱或底盘大功率直流电源散热。


3.4布线时的要求

(1)板材挑选(合理设计印制板结构);

(2)布线规矩;

(3)依据器材电流密度设计最小通道宽度;特别留意接合点处通道布线;

(4)大电流线条尽量外表化;在不能满足要求的条件下,可考虑选用汇流排;

(5)要尽量下降触摸面的热阻。为此应加大热传导面积;触摸平面应平坦润滑,必要时可涂覆导热硅脂;

(6)热应力点考虑应力平衡办法并加粗线条;

(7)大功率直流电源散热铜皮需选用消热应力的开窗法,使用大功率直流电源散热阻焊恰当开窗;

(8)视可能选用外表大面积铜箔;

(9)对印制板上的接地装置孔选用较大焊盘,以充分使用装置螺栓和印制板外表的铜箔进行大功率直流电源散热;

(10)尽可能多安放金属化过孔, 且孔径、盘面尽量大,依托过孔帮助大功率直流电源散热;

(11)器材大功率直流电源散热补充手法;

(12)选用外表大面积铜箔可确保的状况下,出于经济性考虑可不选用附加大功率直流电源散热器的办法;

(13)依据器材功耗、环境温度及答应最大结温来核算适宜的外表大功率直流电源散热铜箔面积(确保准则tj≤(0.5~0.8)tjmax)。

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