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开关电源PCB的底线设计

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2019-07-11 15:13    浏览量:
一,热设计的重要性电子设备在工作中消耗的电能,如射频放大器,FPGA芯片,电源产品,除了努力工作外,大部分转换成发热。电子设备产生的热量导致内部温度迅速升高,如果不及时发热,设备会继续升温,设备会因过热而失效,电子设备的可靠性会降低。
 
SMT使电子设备的安装密度增加,有效散热面积减小,设备温升严重影响可靠性,因此研究热设计非常重要。
 
对于PCB电路板散热是一个非常重要的环节,那么PCB电路板散热技巧是怎样的,下面大家一起讨论。对于电子设备,工作会产生一定的热量,使设备的内部温度迅速上升,如果热量没有及时释放,设备会继续升温,设备会因过热而过热失败,电子设备的可靠性将降低。
 
因此,对电路板进行良好的散热处理是非常重要的。
 
二。印制电路板温升因素分析
 
印刷电路板温度升高的直接原因是由于电路功率器件的存在,电子器件具有不同程度的功耗,加热强度随着功耗的大小而变化。
 
2印制板温升现象:
 
(1)局部温升或大面积温升; (2)短时间温升或长时间温升。
 
在分析PCB的热功耗时,一般从以下几个方面进行分析。
 
2.1电力消耗
 
(1)分析单位面积的功耗;
 
(2)分析PCB板上的功耗分布。
 
2.2印制板的结构
 
(1)印制板的尺寸;
 
(2)印制板材料。
 
2.3如何安装印制板
 
(1)安装方式(如垂直安装,水平安装);
 
(2)密封条件和与底盘的距离。
 
2.4热辐射
 
(1)印制板表面的辐射系数;
 
(2)印刷电路板与相邻表面之间的温差及其绝对温度
 
2.5热传导
 
(1)安装散热器;
 
(2)传导其他安装结构件。
 
2.6热对流
(1)自然对流;
(2)强制冷却对流。
 
从PCB上分析上述因素是解决印制板温升的有效方法,往往在产品和系统中这些因素是相互关联和依赖的,大多数因素应根据实际情况进行分析,仅用于具体的实际情况可以更准确地计算或估算温升和功耗参数。
 
三,PCB热设计的一些方法
 
1通过PCB板本身冷却目前,广泛使用的PCB板是涂铜/环氧玻璃布基板或酚醛树脂玻璃布基板,还有少量使用纸基铜板。虽然这些基板具有优异的电性能和加工性能,但散热性差,作为散热路径的高加热元件,PCB本身树脂传导热量很难预料,但从元件表面到周围空气散热。但随着电子产品进入元件小型化,高密度安装和高热电组装的时代,仅在面积非常小的元件表面散热是不够的。
 
同时,由于大量使用QFP,BGA等表面贴装元件,元件产生大量热量到PCB板上,因此,解决散热问题的最佳方法是改善加热元件。直接接触PCB自身的散热能力,通过PCB板传导或发射。
 
2高加热装置带散热器,导热板当PCB中少量设备发热量大(小于3)时,可以在加热装置上加一个散热器或热管,当温度不能降低时,你可以使用带散热器的风扇来增强散热效果。当加热装置的数量很高(大于3)时,可以使用大的散热罩(板),这是根据PCB板或大板上的加热装置的位置和高度定制的特殊散热器。散热器挑选出不同部件的高低位置。散热盖整体扣在元件表面上,与每个元件接触并散热。但是,由于焊接中元件的高低一致性差,散热效果不好。
 
通常将柔软的热相变导热垫添加到部件表面以改善散热效果。
 
3对于具有自由对流空气冷却的设备,最好以纵向或长距离方式布置集成电路(或其他设备)。
 
4使用合理的布线设计来实现散热
 
由于板中的树脂导热性差,铜箔线和孔是热的热导体,因此提高铜箔的残留率,提高Gecon的导电性是主要的散热手段。
 
评估PCB的散热能力需要计算用于复合材料的绝缘基板的等效导热率(9eq),所述PCB由具有不同导热率的各种材料组成。同一印制板上的5个器件应尽可能按其发热量和散热程度排列,热量小或耐热性差的器件(如小信号晶体管,小型集成电路,电解电容器)等等)放置在最高水平的冷却气流(入口),高热量或耐热装置(如功率晶体管,
 
大规模集成电路等放置在冷却气流的下游。
 
6在水平方向上,大功率器件尽可能靠近印刷电路板的边缘布局,以缩短传热路径,在垂直方向上,大功率器件尽可能靠近印刷电路板布局,在为了减少这些设备对其他设备温度的影响。 7设备中印刷电路板的散热主要取决于空气流动,因此在设计时要研究空气流路,设备或印刷电路板的合理配置。空气流动总是倾向于在阻力很小的地方流动,因此在印刷电路板上配置设备时,应避免在一个区域留下大空域。
 
整机中多个印刷电路板的配置也应注意同样的问题。
 
8个温度敏感设备最好放置在最低温度区域(如设备底部),不要将其直接放在加热设备上方,多个设备最好在水平面布局上交错排列。

9具有最高功耗和最大热量的设备排列在最佳位置附近

10 RF放大器或LED PCB使用金属基板。 11避免PCB上的热点集中,尽可能在PCB板上均匀分布电源,保持PCB表面温度性能的均匀性和一致性。在设计过程中通常很难实现严格的均匀分布,但重要的是避免功率密度过高的区域,以免热点影响整个电路的正常工作。
 
如果条件允许,有必要分析印刷电路的热效率,例如在一些专业PCB设计软??件中增加热效率指数分析App模块,这可以帮助设计人员优化电路设计。
 
四。摘要
 
3.1材料选择(1)由于电流加上规定的环境温度引起的温度升高,印刷电路板的导线不得超过125℃(常用的典型值)。根据所选的板可能会有所不同)。由于元件安装在印刷电路板上也会散发出一部分热量,影响工作温度,材料的选择和印制电路板的设计应考虑到这些因素,热点温度不应超过125℃。
 
尽可能选择较厚的铜包层。
 
(2)特殊情况下可选用铝基,陶瓷基座,小型热电阻板等。
 
(3)多层板结构的使用有助于PCB热设计。
 
2保证平滑冷却通道
 
(1)充分利用元件布置,铜皮,开窗和冷却孔等技术,建立合理有效的低热阻通道,确保PCB的顺利输出。
(2)散热孔的设置设计通过孔和盲孔散热,可以有效地改善散热面积,降低热阻,提高电路板的功率密度。例如,在LCCC装置的垫上设置引导孔。在电路生产过程中,焊料会填充它,使导热性得到改善,电路工作时产生的热量可以通过通孔或盲孔快速传递到金属散热层或铜背面泊位出发了。在一些特定情况下,专门设计并采用了电路板的冷却层,散热材料通常是铜/钼和其他材料,例如电源印刷板中使用的一些模块。
 
(3)使用导热材料以降低导热过程的热阻,大功率器件和基板在导热材料的接触面上的使用,提高了导热效率。
(4)加工方法容易在器件两侧的某些区域产生局部高温,为了改善散热条件,可在焊膏中混入少量细铜,然后焊料在流动焊接后,装置下的接头将具有一定的高度。
 
装置和印刷板之间的间隙增加,并且分散热增加。
 
3.3组件的布局要求
 
(1)PCB的App热分析,内部最高温升为设计控制;
 
(2)可以认为高热量,大辐射的部件应专门设计并安装在印刷电路板上;
 
(3)表面热容均匀分布,注意不要大功率装置集中布,如果不可避免,需要将低成分放置在气流的上游,并确保有足够的冷却气流通过热耗集中区;
 
(4)使传热路径尽可能短;
 
(5)使传热截面尽可能大;
(6)元件布局应考虑周围部件对热辐射的影响。热敏元件,元件(包括半导体器件)应远离热源或隔离;
 
(7)距离热源(液体介质)电容器的最佳距离;
 
(8)注意强制通风和自然通风的一致方向;
 
(9)附加子板,装置气道和通风方向一致;
 
(10)尽可能使进气和排气距离足够;
 
(11)加热装置应尽可能放在产品上方,并在条件许可时放在气流通道上;
 
(12)大热或大电流元件不应放置在印刷电路板的边角和边缘周围,只要可以安装在散热器上,远离其他设备,并确保冷却通道很顺利;
 
(13)根据器件功耗,环境温度和允许最大结温计算适当的表面散热铜箔面积(保证原理tj≤(0.5~0.8)tjmax)。
 

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