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XXIII POWER 16 - MAGGIO 2018 BRICK MODULES Gestione termica La gestione termica è un elemento chiave per l’integra- zione dei brick di potenza progettati per il raffredda- mento mediante baseplate. Il brick è progettato in modo che i componenti caratterizzati da elevata dissipazione di potenza, come i semiconduttori di potenza e il tra- sformatore, siano connessi termicamente alla piastra del case, che deve quindi essere mantenuta al di sotto della temperatura massima di funzionamento prevista per il “worst case” dell’applicazione finale. La resistenza termi- ca dello schema di raffreddamento deve essere adattata alla potenza richiesta dal carico o dall’apparecchiatura e all’efficienza del modulo, che determina la potenza dis- sipata nel convertitore brick e alla temperatura massima prevista per il funzionamento dell’apparecchiatura. La potenza dissipata (in watt) può essere determinata a partire dalle specifiche di efficienza del modulo nelle condizioni operative peggiori previste, sebbene sia im- portante considerare il carico operativo effettivo e la ten- sione di ingresso più bassa applicata piuttosto che l’ef- ficienza nominale riportata nel datasheet (Fig. 1). Una volta stabilita l’efficienza nelle condizioni operative peg- giori, la potenza che deve essere dissipata sotto forma di calore viene calcolata sfruttando la seguente equazione: Dopo aver determinato la potenza/calore dissipato, il mo- dello semplificato riportato in figura 2 permette di deter- minare la resistenza termica richiesta per il funzionamento, con un ΔT definito come la differenza tra la temperatura operativa massima dell’apparecchiatura e la temperatura massima del baseplate del brick di potenza. La resistenza termica dal case al dissipatore di calore è in genere di 0,1 °C/W nel caso si utilizzi un un pad termico o della pasta termica. La resistenza termica tra il dissipatore di calore e l’ambiente dipende in larga misura dal flusso d’aria dispo- nibile, il che significa che nelle applicazioni con raffredda- mento a convezione naturale la sua dimensione fisica sarà molto maggiore rispetto a un sistema di alimen- tazione equiparabile con raffreddamento ad aria forzata o liquido. Quando si utilizzano più brick collegati a un dissipatore comune o una piastra di raffreddamento (cold wall), la somma della potenza dissipata da ciascun convertitore nel sistema nelle condizioni peggiori determina la resistenza termica complessiva richiesta. Compatibilità Elettromagnetica Oltre alla gestione termica appena descritta, i moduli con raffreddamento tramite baseplate richiedono componenti esterni aggiuntivi per il corretto funzionamento, per la protezione da polarità inversa e il controllo delle emissioni, nonché per la protezione con- tro fenomeni di “spike” e “surge” definiti nei requisiti di suscettibilità dell’applicazione. Ciò significa che nell’applicazione finale deve essere in- stallata una rete di condensatori per l’attenuazione del rumore e per ridurre l’impedenza della sorgente, oltre a induttori e componenti per la soppressione dei surge. Per garantire la sicurezza in caso di guasti catastrofici che potrebbero mettere in corto circuito l’alimentazione è necessario prevedere la presenza di fusibili. Nel datashe- et e nelle note applicative del modulo di potenza sono specificati i valori dei componenti richiesti, anche se l’implementazione spetta al progettista, il quale adotterà le migliori procedure per soddisfare i requisiti in termini di distanza di “creepage” e “clearance” e per minimiz- zare le induttanze parassite per garantire la conformità EMC. Nello schema riportato in figura 3 sono riportati i componenti utilizzati per la soppressione del rumore, il filtraggio e gestire problematiche di altro tipo. FS1 for- nisce protezione contro un guasto da cortocircuito in in- Fig. 2 – Modello termico del power brick e del dissipatore Fig. 3 – Schema per sistemi con ingresso DC