大功率PCB散熱設計指南

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 大功率PCB散熱設計指南 無論是使用電力電子設備，嵌入式系統(tǒng)，工業(yè)設備，還是設計新的主板，都必須應對系統(tǒng)中的溫度上升問題。持續(xù)高溫運行會縮短電路板壽命，甚至可能導致系統(tǒng)某些關鍵點出現(xiàn)故障。在設計過程中盡早考慮散熱，有助于延長電路板和組件的使用壽命。 散熱設計從估算工作溫度開始 在開始新設計之前，需要考慮電路板運行的溫度，電路板的工作環(huán)境以及組件的功耗。這些因素共同作用，可以確定電路板和組件的工作溫度。這也將有助于定制散熱的策略。 將電路板放在環(huán)境溫度較高的環(huán)境中會使其保持更多的熱量，因此它將在較高的溫度下運行。耗散更多功率的組件將需要更高效的冷卻方法，好將溫度保

2、持在設定水平。重要的行業(yè)標準可能會規(guī)定操作期間組件和基板的 溫度。 在設計散熱管理策略之前，請務必檢查數(shù)據(jù)表中組件的允許工作溫度以及重要行業(yè)標準中的規(guī)定溫度。需要將主動和被動冷卻與正確的電路板布局結合起來，以便防止損壞電路板。 主動冷卻與被動冷卻：哪種適合你的電路板？ 這是任何設計師都應考慮的重要問題。通常，當環(huán)境溫度遠低于工作溫度時，被動冷卻效果 。系統(tǒng)與環(huán)境之間的熱梯度會很大，從而迫使較大的熱流從您的組件和電路板本身散發(fā)出去。使用主動冷卻，即使環(huán)境溫度更高，也可以根據(jù)主動冷卻系統(tǒng)提供更好的降溫效果。 被動冷卻 應嘗試將有源組件的被動冷卻降至 水平，好讓熱量散布到接地層中。許多有源組件包括位

3、于封裝底部的散熱墊，允許熱量通過縫合過孔散發(fā)到附近的接地層。然后，這些縫合通孔一直延伸到組件下方的銅墊。有一些 PCB 計算器可以用于估計組件下方所需的銅墊的大小。 顯然，組件下方的銅墊不能延伸超出實際組件的邊緣，因為這會干擾表面安裝墊或通孔引腳。如果單個墊不能將溫度降低到所需水平，則可能需要在設備頂部添加散熱器以散發(fā)更多的熱量。還可以使用導熱墊或?qū)岣嘣黾舆M入散熱器的熱通量。 蒸發(fā)冷卻是另一種選擇。但是，蒸發(fā)冷卻組件非常笨重，因此不適用于許多系統(tǒng)。如果系統(tǒng)泄漏或破裂，則整個板上都會有液體泄漏。此時，不妨采用主動冷卻方法，提供相同或更好的散熱效果。 主動散熱 如果您需要進一步降低諸如 FPGA

4、，CPU 或其他具有高開關速度的有源組件的溫度，則當被動冷卻無法解決問題時，可能需要使用風扇開展主動冷卻。風扇并不是一直以全速運轉(zhuǎn)，有時甚至可能不會打開。溫度較高的組件和產(chǎn)生更多熱量的組件需要風扇以更快的速度運行。 風扇嘈雜，因為 PWM 信號會因開關而產(chǎn)生一些噪聲。開發(fā)板將需要一個電路來生成 PWM 信號以控制風扇速度，還需要一個傳感器來測量相關組件的溫度。帶有電子開關控制器的交流驅(qū)動風扇還會在基本開關頻率和每個高次諧波處產(chǎn)生輻射 EMI。如果使用風扇，附近的走線組件將需要具有足夠的噪聲抑制 / 抗擾度。 還可以使用冷卻液或制冷劑等主動冷卻系統(tǒng)提供大量的冷卻。這是一種不常見的解決方案，因為它

5、需要泵或壓縮機才能使冷卻液或制冷劑流過系統(tǒng)。例如，在高性能游戲計算機中使用水冷系統(tǒng)來冷卻 GPU。 一些簡單的熱設計指南 在信號走線下方使用接地層可改善信號完整性和噪聲抑制性能，它還可以充當散熱器。帶有導熱墊的組件可將縫合過孔向下延伸至接地層，這將使接地層更容易耗散表面層的熱量。然后，在表層上的跡線中產(chǎn)生的熱量很容易散發(fā)到接地層中。 載有大電流的走線，特別是直流電路中的走線，將需要具有更大的銅重量，以便在電路板上散發(fā)適量的熱量。這可能需要比通常在高速或高頻設備中使用的走線更寬的走線。幾何形狀會影響交流信號的走線阻抗，這意味著您可能需要更改堆疊，以使阻抗與信號標準或源 / 負載組件中定義的值保持匹配。 留神電路板中的熱