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東莞開關電源PCB板的溫升和散熱的重要性
來源:東莞市成良智能科技 發(fā)布時間:2019-11-25 點擊量:951
開關電源之印制電路板溫升因素分析
引起印制板溫升的直接原因是由于電路功耗器件的存在,電子器件均不同程度地存在功耗,發(fā)熱強度隨功耗的大小變化。
開關電源之印制板中溫升的2種現(xiàn)象:
(1) 局部溫升或大面積溫升;
(2) 短時溫升或長時間溫升。在分析 開關電源之PCB 熱功耗時,一般從以下幾個方面來分析。
電氣功耗(1)分析單位面積上的功耗;(2)分析 PCB 板上功耗的分布。
開關電源之印制板的結構(1)印制板的尺寸;(2)印制板的材料。
開關電源之印制板的安裝方式(1)安裝方式(如垂直安裝,水平安裝);(2)密封情況和離機殼的距離。
熱輻射(1)印制板表面的輻射系數;(2)印制板與相鄰表面之間的溫差和他們的絕對溫度
熱傳導(1)安裝散熱器;(2)其他安裝結構件的傳導。
熱對流(1)自然對流;(2)強迫冷卻對流。
通過開關電源之PCB板本身散熱
目前廣泛應用的開關電源之PCB板材是覆銅/環(huán)氧玻璃布基材或酚醛樹脂玻璃布基材,還有少量使用的紙基覆銅板材。這些基材雖然具有優(yōu)良的電氣性能和加工性能,但散熱性差,作為高發(fā)熱元件的散熱途徑,幾乎不能指望由開關電源之PCB本身樹脂傳導熱量,而是從元件的表面向周圍空氣中散熱。但隨著電子產品已進入到部件小型化、高密度安裝、高發(fā)熱化組裝時代,若只靠表面積十分小的元件表面來散熱是非常不夠的。
同時由于QFP、BGA等表面安裝元件的大量使用,元器件產生的熱量大量地傳給PCB板,因此,解決散熱的最好方法是提高與發(fā)熱元件直接接觸的開關電源之PCB自身的散熱能力,通過PCB板傳導出去或散發(fā)出去。
2 開關電源之PCB電路板之高發(fā)熱器件加散熱器、導熱板
當開關電源之PCB中有少數器件發(fā)熱量較大時(少于3個)時,可在發(fā)熱器件上加散熱器或導熱管,當溫度還不能降下來時,可采用帶風扇的散熱器,以增強散熱效果。
3 對于采用自由對流空氣冷卻的設備,最好是將集成電路(或其他器件)按縱長方式排列,或按橫長方式排列。
4 采用合理的走線設計實現(xiàn)散熱
由于板材中的樹脂導熱性差,而銅箔線路和孔是熱的良導體,因此提高銅箔剩余率和增加導熱孔是散熱的主要手段。評價開關電源之PCB的散熱能力,就需要對由導熱系數不同的各種材料構成的復合材料一PCB用絕緣基板的等效導熱系數進行計算。
5 同一塊印制板上的器件應盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列,發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處),發(fā)熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等)放在冷卻氣流最下游。
6 在水平方向上,大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置,以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,大功率器件盡量靠近印制板上方布置,以便減少這些器件工作時對其他器件溫度的影響。
7 設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動,所以在設計時要研究空氣流動路徑,合理配置器件或印制電路板??諝饬鲃訒r總是趨向于阻力小的地方流動,所以在開關電源之印制電路板上配置器件時,要避免在某個區(qū)域留有較大的空域。整機中多塊印制電路板的配置也應注意同樣的問題。
8 對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區(qū)域(如設備的底部),千萬不要將它放在發(fā)熱器件的正上方,多個器件最好是在水平面上交錯布局。
9 將功耗最高和發(fā)熱最大的器件布置在散熱最佳位置附近。不要將發(fā)熱較高的器件放置在印制板的角落和四周邊緣,除非在它的附近安排有散熱裝置。在設計功率電阻時盡可能選擇大一些的器件,且在調整印制板布局時使之有足夠的散熱空間。
10 射頻功放或者LED PCB采用金屬底座基板。
11 避免PCB上熱點的集中,盡可能地將功率均勻地分布在開關電源PCB板上,保持PCB表面溫度性能的均勻和一致。往往設計過程中要達到嚴格的均勻分布是較為困難的,但一定要避免功率密度太高的區(qū)域,以免出現(xiàn)過熱點影響整個電路的正常工作。如果有條件的話,進行印制電路的熱效能分析是很有必要的,如現(xiàn)在一些專業(yè)PCB設計軟件中增加的熱效能指標分析軟件模塊,就可以幫助設計人員優(yōu)化電路設計。
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