En las aplicaciones de telecomunicaciones y transmisión de datos, la necesidad de mayor potencia es cada vez mayor. En particular, los centros de datos, la nube y las aplicaciones 5G están aumentando sus requisitos de módulos de alimentación, que además deben instalarse en espacios más reducidos.
Por supuesto, más potencia significa más calor.
Para los ingenieros de diseño, esto significa que deben centrarse más que nunca en la gestión térmica y comprender con mayor detalle el rendimiento térmico de sus sistemas. Para evitar el sobrecalentamiento de los módulos de potencia, es posible que necesiten mecanismos de gestión térmica más complejos, como la refrigeración líquida y los tubos de calor, en lugar de simplemente hacer circular aire frío alrededor de los módulos con un ventilador.
En Flex Power Modules, esto significa que estamos recibiendo más solicitudes para proporcionar herramientas cada vez más sofisticadas que ayuden a nuestros clientes a modelar el rendimiento térmico de los componentes individuales, no solo del sistema completo.
Importancia de las curvas de reducción de potencia
Las curvas de reducción de potencia son una métrica muy utilizada por nuestros clientes. Al fin y al cabo, la capacidad de los convertidores para suministrar energía está limitada por su temperatura máxima de funcionamiento, y la potencia de salida que se puede alcanzar dentro de ese límite depende de la temperatura ambiente y del sistema, así como del flujo de aire.
Para determinar estos límites, los ingenieros tradicionalmente han recurrido a las curvas de reducción de potencia, que representan gráficamente la potencia que se puede alcanzar a cualquier temperatura ambiente, sin exceder la temperatura máxima de funcionamiento permitida. Los gráficos típicos muestran varias curvas, que indican cómo el flujo de aire a diferentes velocidades afecta a la reducción de potencia (como se muestra a continuación).
Estos gráficos de reducción de potencia pueden resultar muy útiles y facilitan la comparación de diferentes sistemas.
No obstante, la curva de reducción de potencia estándar puede mejorarse, por lo que comenzamos a incluir la funcionalidad para que nuestros clientes utilicen Flex Power Designer y visualicen gráficamente la disipación de potencia y las características de eficiencia de un módulo específico en función de su voltaje de entrada, voltaje de salida, corriente de salida o temperatura. Este conjunto de métricas resulta especialmente útil para módulos de alta potencia, y la herramienta FPD ofrece una excelente flexibilidad para que los clientes evalúen mediciones térmicas avanzadas cuando sea necesario.
La curva de reducción de potencia se basa en un análisis de la temperatura ambiente. No muestra el comportamiento de componentes individuales, como el convertidor CC/CC o el disipador de calor, lo que significa que no indica cómo afecta el banco de pruebas utilizado al rendimiento de los módulos.
Los nuevos gráficos muestran más datos.
Para superar estas limitaciones, Flex Power Modules ha desarrollado un nuevo enfoque que muestra el rendimiento térmico en gráficos de reducción de potencia de tres ejes, como se muestra a continuación. Estamos empezando a utilizar este tipo de gráfico en las hojas de datos de los nuevos productos, lo que facilita obtener información más detallada sobre el rendimiento térmico de un dispositivo. Una vez más, este análisis resulta especialmente útil para la gestión térmica avanzada de dispositivos de alta potencia.
Para crear la gráfica, evaluamos el comportamiento del convertidor en una serie de puntos de prueba predeterminados, variando la temperatura ambiente de los pines (representada en el eje X) y la temperatura de la placa base (representada en el eje Z). En cada uno de estos puntos de prueba, ajustamos la carga hasta que un sensor de temperatura del convertidor alcanza su lectura máxima permitida. Una vez estabilizada, esta lectura nos indica la potencia de salida que el convertidor puede proporcionar en estas condiciones.
Una vez representados estos puntos, obtenemos un gráfico de tres ejes, como se muestra. Las bandas de colores en el gráfico muestran los rangos de potencia de salida, tal como se especifica en la leyenda al pie del gráfico.
Estos nuevos gráficos de tres ejes permiten a los ingenieros analizar con mayor detalle el rendimiento de su sistema y modelar el comportamiento de los componentes individuales para determinar la potencia máxima que pueden suministrar en determinadas condiciones de funcionamiento, lo que posibilita un análisis más exhaustivo del disipador térmico. Por ejemplo, si un diseñador sabe que la temperatura de los pines de su sistema no superará los 80 °C y que la temperatura máxima de la placa base es de 85 °C, podría utilizar el gráfico anterior para obtener la potencia de salida máxima del convertidor a partir del eje Z.
Simulación térmica FloTHERM
Los gráficos de reducción de potencia son, por supuesto, una herramienta más que los ingenieros pueden utilizar para comprender el comportamiento térmico de su sistema. Además, ahora ofrecemos capacidades de modelado térmico para componentes en nuestro software Flex Power Designer. También proporcionamos modelos térmicos detallados y editables para todos nuestros nuevos productos, compatibles con el software FloTHERM de Mentor. Al incorporar estos modelos, nuestros clientes obtienen una solución térmica más completa y un análisis térmico preciso, rápido y práctico.
Vea nuestro seminario web reciente.
¿Desea obtener más información sobre cómo los módulos de potencia Flex pueden ayudarle con el diseño de la refrigeración de su sistema? El 18 de marzo de 2021, realizamos un seminario web que proporcionó una descripción general del soporte de diseño de gestión térmica que ofrecemos. Incluye información sobre nuestros nuevos gráficos de reducción de potencia térmica de 3 ejes, información de modelado adicional presentada dentro de nuestra Diseñador de energía Flex Interfaz gráfica de usuario, así como información sobre la FloTHERM modelos que tenemos para ofrecer.
Si desea obtener más información, puede consultar nuestra Nota de diseño sobre la caracterización térmica de módulos de alimentación Flex.