Tengo dificultades para comprender algún mecanismo relacionado con la generación de calor de una PCB electrónica (placa de circuito impreso) y su efecto en la temperatura atmosférica.
No sé si esta pregunta está relacionada con este foro o está relacionada con la física, pero la voy a publicar aquí, ya que mi inquietud se relaciona con la PCB electrónica.
Tenga paciencia conmigo en esta larga pregunta.
Problema :
Un PCB con especificaciones:
- Montaje en superficie: múltiples capas con pocos componentes de orificio pasante (condensador, LCD, etc).
- El circuito diseñado en él consta de condensadores, resistencias, EEPROM, Reguladores de 3,3 V, circuito de alimentación RC, LCD, MCU, etc.
- Área = 66 cm ^ 2 Disipación de potencia en el circuito en PCB = 0.44 W a 1.0 W, típicamente 0.5 W
- Sin disipador de calor, o componentes específicos que generan calor.
- El circuito se opera en 3.3Vdc
- Encerrado en una caja de volumen 1007.8 cm ^ 3.
- La caja tiene orificios (donde los cables se pasan a PCB) que pueden acomodar el flujo de aire fácilmente.
Quiero encontrar:
- El aumento de temperatura de PCB cuando consume una potencia de 0.5 W.
- El aumento de temperatura del aire dentro de la caja debido a la transferencia de calor de PCB y tiempo.
- Tiempo para alcanzar el equilibrio cuando la superficie y el aire de la PCB están dentro de la caja están a la misma temperatura.
Nota: No quiero entrar en detalles o profundizar en el diseño (como he visto a algunos diseñadores hacer el cálculo muy complejo y detallado para estos propósitos). Solo necesito encontrar la idea general sobre la transferencia de calor de esta topología. Para eso, si es fácil, puedes asumir que la PCB es solo una superficie que genera calor (la cantidad de calor se puede calcular a partir de la potencia).
Ahora, he llegado hasta aquí, (este trabajo lo realizó otra persona en este foro)
- El lado de cobre con las trazas se modela como una lámina de cobre. en lugar de rastros.
- El cuerpo es lo suficientemente delgado como para que la conductividad térmica dentro del cuerpo sea no es importante, y se considera que todo el dispositivo se encuentra a una temperatura uniforme.
- Sólo las dos superficies amplias contribuyen a la pérdida de calor, los lados se descuidan.
- El entorno, incluyendo el aire y las sincronizaciones radiativas, se encuentran en una temperatura uniforme Ts
- Coeficientes térmicos: ϵcu = 0.78, ϵpcb = 0.50, hup = 7.25 W / m2K, hdown = 3.63 W / m2K Bajo estas suposiciones, podemos estimar la temperatura del Junta simplemente equiparando los flujos de calor.
El calor que ingresa por unidad de tiempo proviene del calentamiento de Joule de la corriente que corre a través del cobre y viene dado por qin = I2R = Energía disipada
El calor que fluye hacia fuera tiene dos mecanismos de escape; Transferencia de calor por radiación a los alrededores que viene dada por
qrad = ϵσA (T ^ 4 - T ^ 4 * s) Aquí, ϵ = ϵcu + ϵpcb
y transferencia de calor por convección al aire que viene dada por
qconv = hA (T − Ts) Aquí, h = hup + hdown
Ahora solo igualamos los flujos de calor
Qin = Qout
I2R = A [σ (T ^ 4 − T ^ 4 * s) (ϵcu + ϵpcb) + (T − Ts) (hup + hdown)]
podemos reorganizar esto para que se vea como una ecuación quártica
σ (ϵcu + ϵpcb) T ^ 4 + (hu + hd) T− [I2RA + σ (ϵcu + ϵpcb) T ^ 4 * s + (hu + hd) Ts] = 0
A partir de aquí, calculé que la temperatura de la superficie de PCB era 28.9 grados Celsius, asumiendo que la temperatura del aire dentro de la caja era 25 grados Celsius.
Preguntas :
- ¿Has lo he hecho correctamente? Si no, por favor dime la razón (porque yo No estoy seguro de esto).
- Si está bien, ¿cómo encuentro el aumento de temperatura dentro de la caja y ¿El tiempo que tomará elevar esa temperatura?
- Will el aire dentro de la caja y la superficie de PCB estarán siempre en equilibrio y ¿A qué temperatura y qué tiempo llevará llegar a ese estado?
Sé que esto es un desastre, pero no puedo encontrar ninguna ayuda con respecto a este problema específico, probé otros métodos y trucos, pero los resultados son demasiado erróneos, incluso si sé que no están bien (un ejemplo; la temperatura es de 300 grados centígrados).
Chicos, no tienen que resolver este problema necesariamente para mí, pero por favor, denme las instrucciones sobre cómo abordar esto (ya que soy un ingeniero eléctrico nuevo y no sé sobre calefacción, termodinámica de este nivel).
Cualquier ayuda sobre esto será muy apreciada.
Gracias