Diseño del disipador de calor

Este es un regulador de conmutación. Con una potencia de salida de 5V * 3A = 15 W, la placa se disipará aproximadamente 1 - 1.5 W (mirando la hoja de datos ~ 92 - 95% de eficiencia del convertidor con entrada de 6V-12V). Esto no es mucho, y debería funcionar sin ningún disipador de calor adicional.

Sin embargo, si el módulo funciona en una caja completamente no ventilada, sin flujo de aire, es posible que desee proporcionar una ruta térmica adicional para el calor generado. De los dibujos / imágenes de la hoja de datos, los componentes más probables para generar calor están en la parte inferior de la PCB. Afortunadamente, todos los componentes están aproximadamente a la misma altura, por lo que debería ser posible utilizar uno de los materiales de gestión térmica (ya sea un epoxi térmico o una especie de plástico blando conductor) y unir la parte posterior de la PCB a algunos materiales térmicos de metal. conductor, también conocido como "disipador de calor". Mire, por ejemplo, en Aavid-Thermalloy línea de productos , para adhesivos Ther-O-Bond o almohadillas In-Sil-8, y luego seleccione el disipador de calor del tamaño adecuado (para 1-2W de capacidad de disipación), o fije el módulo a una pared metálica de su gabinete (si corresponde). Creo que esta es tu opción más razonable.

Un disipador térmico es un circuito térmico, la temperatura es como un voltaje, el calor fluirá de caliente a frío y estará impedido por la resistencia térmica.

Lo primero que debe hacer es determinar la cantidad de energía que se debe mover (como la corriente) y luego cuál es la resistencia térmica del sistema (generalmente se indica en W / mK (o vatios por metro kelvin) para el grosor del material. Esto significa que el grosor de su material determinará cuánta resistencia térmica, también significa que puede calcular la caída de temperatura a través de una resistencia térmica (o material) si tiene la medida de su conductividad térmica

Por ejemplo, si tengo 20W que se mueven a través de una almohadilla térmica de 1 cm de grosor con una conductividad térmica de 5W / mK obtendré una gota de:

Primero calcule la conductividad térmica de la almohadilla (0.01m) \ $ \ frac {5W} {mK} = \ frac {0.05 W} {K} \ $

Luego calcule la caída de temperatura (similar a una resistencia real) \ $ \ frac {20W} {5W / K} = 20W * \ frac {1} {5} \ frac {K} {W} = 4K = 4C \ $ así que habría una caída de 4 grados en la almohadilla térmica.

Suponga que la temperatura del lado calentado de la almohadilla es de 80 ° C, con una caída de 4 grados, la otra parte de la almohadilla será de 76 ° C.

A continuación, deberá hacer esto para cada resistencia térmica en el sistema.

Si observa que la conductividad está relacionada con la distancia, esta es una de las razones por las que la pasta térmica es mucho más efectiva para mover el calor, ya que puede hacerlo extremadamente delgado.

En general, el material con la conductividad térmica más baja (lo opuesto a la resistencia o el material con la resistencia térmica más alta) será el limitador para su sistema térmico.

Los disipadores de calor pueden clasificarse para alimentación, y deben dimensionarse de manera adecuada para la potencia que necesita ser disipada. Hay toda una ciencia en esto, pero sin entrar en la advección térmica, puede dimensionar un disipador de calor con lo siguiente:

Fuente: SMPS

  

Al diseñar un disipador de calor para un semiconductor de refrigeración, en primer lugar   Necesitas elegir la máxima unión operativa del componente.   temperatura Tjmax (por lo general, seleccionamos 105-120 oC para uso comercial   partes). Luego, para el enfriamiento por convección del disipador térmico requerido.   la resistencia debe ser Rth-hs < (Tjmax-Ta) / P- (Rthj-c + Rthc-hs) oC / W, donde   Ta-ambient, Rthj-c - resistencia térmica entre la unión y la caja   de la hoja de datos (típicamente 0.5-2.5 oC / W para discreta convencional)   paquetes de energía), Rthc-hs - resistencia térmica entre los dispositivos   caso y el disipador de calor, P- potencia disipada por el dispositivo en vatios.   Además del enfriamiento por conducción, existe otro camino para el calor   El caso del dispositivo directamente al aire. Este camino está definido por   Unión a la resistencia térmica ambiente Rthj-amb. Sin embargo, usted puede   por lo general, ignórelo cuando un dispositivo se monta en un disipador de calor.

     

circuito térmico del diseño del disipador de calor Consulte el diagrama del circuito térmico en la   izquierda para una ilustración. Una vez que haya encontrado el Rth-hs requerido, puede   elija un disipador de calor estampado o extruido con un valor igual o inferior a   resistencia termica. Tenga en cuenta que si utiliza un aislante entre el   dispositivo y el disipador de calor, debe tenerlo en cuenta también. por   Las piezas listas para usar, Rth-hs normalmente se especifican en la hoja de datos.   Harry Lythall encontró empíricamente una fórmula de cálculo de "regla de oro"   Para Rth-hs de chapa de aluminio doblada en forma de U hecha en casa. Basado en su   En la ecuación, el área de superficie requerida en cm2 es A = (50 / Rth-hs) 2. En   En general, los principales criterios de optimización son maximizar la exposición.   superficie del intercambiador de calor, y para minimizar su peso y la media   Distancia de la superficie expuesta del componente a enfriar.

Debido a que el disipador térmico no puede usar un ventilador, necesitará mucha más área para disipar el calor, la grasa térmica le dará un mejor rendimiento.

En algunos casos, simplemente una pieza de chapa puede hacer maravillas para disipar el calor.

Ya que hay muchas variables con los sistemas térmicos, es bueno comprar algunas opciones y probar todas las opciones antes de terminar su proyecto.