ในหนึ่งในโครงการปัจจุบันของฉันฉันกำลังใช้MC7805ในแพ็คเกจ D2PAK เพื่อสร้างอุปทานตรรกะของฉัน 5 V จากอุปทาน 24 VDC ที่มีอยู่ กระแสที่ต้องการโดยวงจรคือ 250 mA ส่งผลให้กำลังงานกระจายของ MC7805 ของ:

$P=(24\ V-5\ V)*230\ mA=4.37\ W$

PCB จะต้องประกอบเข้ากับตัวเรือนพลาสติกขนาดเล็กที่มี MC7805 อยู่ภายใน การจัดเรียงเป็นเช่นนี้:

ฮีทซิงค์เช่นนี้เป็นไปไม่ได้ ตัวอาคารยังมีปริมาตรค่อนข้างเล็กและจะร้อนขึ้น

ความพยายามครั้งแรกของฉันในการแก้ปัญหาเรื่องความร้อนนี้คือการเพิ่มจุดแวะไปยังแผ่นอิเล็กโทรดและทำแผ่นอิเล็กโทรดที่ด้านอื่นของ PCB เช่นนี้ฉันต้องการกระจายความร้อนที่ด้านนอกของที่อยู่อาศัย เห็นได้ชัดว่านี่ไม่ดีพอเนื่องจากการป้องกันความร้อนเกินพิกัดของ MC7805 เตะหลังจากนั้นประมาณหนึ่งนาที

ดังนั้นฉันจึงเพิ่มฮีทซิงค์ขนาดเล็กลงในแผ่นสัมผัสที่ด้านหลังของ PCB และตอนนี้ดูเหมือนว่ามันจะทำงานได้ (แผ่นระบายความร้อนยังคงร้อนขึ้นเรื่อย ๆ !)

นอกเหนือจากวิธีการทดลองและข้อผิดพลาดของฉันฉันต้องการที่จะเข้าใจการออกแบบการระบายความร้อนนี้ดีขึ้นเล็กน้อยและปรับให้เหมาะสม (ณ ตอนนี้ฉันไม่สามารถพูดได้ว่าอุณหภูมิของทางแยกจะเป็นอย่างไรและด้วยเหตุนี้ฉันจึงไม่ทราบว่า )

ฉันอ่านคำถามอื่นอีกสองสามข้อแต่จนถึงตอนนี้ฉันยังไม่ชัดเจน (ถึงแม้จะคิดว่าพลังงานเป็นปัจจุบันอุณหภูมิเป็นแรงดันไฟฟ้าและตัวต้านทานเป็นตัวต้านทานความร้อนการออกแบบการระบายความร้อนทำให้ฉันงงอยู่เสมอ ... ) _

ดังนั้นเกี่ยวกับการออกแบบนี้ฉันมีคำถามสองสามข้อ:

• เมื่อใช้จุดแวะการชุบผ่านจะทำหน้าที่ให้ความร้อนในขณะที่อากาศในช่องผ่านนั้นแยกได้มากหรือน้อย ดังนั้นหากไม่มีการบัดกรีคุณต้องเพิ่มพื้นที่ทองแดงของจุดสูงสุดเพื่อลดความต้านทานความร้อนจากบนลงล่าง ในขณะที่ฉันเปิดหน้ากากประสานให้เปิดค้างไว้จุดอ่อนควรถูกปกคลุมด้วย solderpaste และเติมให้เต็มขณะไหลบัดกรีอีกครั้ง เพื่อลดความต้านทานความร้อนระหว่างชั้นบนและชั้นล่างฉันคิดว่ามันจะเป็นการดีที่สุดที่จะมีพื้นที่ 'รู' มากที่สุด สมมติฐานนี้ถูกต้องหรือไม่

• มีวิธีการ'ไม่ซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อ'ในการคำนวณค่าความต้านทานความร้อนระหว่างจุดเชื่อมต่อกับแผ่นด้านล่างหรือไม่?

• ถ้าไม่ฉันสามารถวัดความต้านทานความร้อนนี้ได้ด้วยเซ็นเซอร์อุณหภูมิหรือไม่?

• ในฐานะที่เป็นแผ่นด้านบนและที่อยู่อาศัย D2PAK จะกระจายความร้อนบางส่วน ฉันสามารถ ( ต่อการเปรียบเทียบตัวต้านทาน ) วางสิ่งเหล่านี้แบบขนานได้หรือไม่? เครือข่ายตัวต้านทานความร้อนจะมีลักษณะอย่างไร

ฉันต้องการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบการระบายความร้อนนี้

ฉันไม่สามารถเพิ่มขนาดตัวเรือนและ PCB ได้

ฉันไม่สามารถเพิ่มแฟนได้

ฉันไม่สามารถเพิ่มขนาดของแผ่นชั้นบนสุดได้

ฉันได้เพิ่มขนาดของแผ่นด้านล่างให้เป็นไปได้สูงสุด 20 มม. x 20 มม. (ภาพด้านบนกล่าวถึงแผ่นอิเล็กโทรดทั้ง 15 มม. x 15 มม.

• คุณเห็นสิ่งอื่นใดที่ฉันสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้หรือไม่

ตกลงก่อนอื่นฉันจะพยายามให้ไพรเมอร์ตัวเล็ก ๆ ที่ดีเกี่ยวกับวิศวกรรมความร้อนเนื่องจากคุณบอกว่าคุณต้องการได้รับการจัดการที่ดีขึ้น ดูเหมือนว่าคุณอยู่ในจุดที่คุณเข้าใจเงื่อนไขได้เห็นคณิตศาสตร์บางส่วน แต่ความเข้าใจที่เข้าใจง่ายอย่างแท้จริงยังไม่ได้พัฒนานั่นคือ 'Ah hah!' ขณะที่หลอดไฟกำลังดับอยู่ยังไม่เกิดขึ้น มันเป็นจุดที่น่าผิดหวังมากที่จะอยู่ที่! ไม่ต้องกังวลคุณจะได้รับถ้าคุณเก็บมันไว้

ส่วนที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียวเกี่ยวกับสิ่งที่ระบายความร้อน:

1. มันเหมือนกับไฟฟ้าทางเดียว ดังนั้นให้ใช้กฎของโอห์ม

การไหลของความร้อนก็เหมือนกับการไหลของกระแส แต่ไม่มี 'ผลตอบแทน' ความร้อนมักจะไหลจากศักยภาพที่สูงขึ้นไปสู่ศักยภาพที่ต่ำกว่าเสมอ ศักยภาพในการเป็นพลังงานความร้อนในกรณีนี้ พลังงานเป็นปัจจุบันของเรา และที่สะดวกคือความต้านทานความร้อนคือ ... ความต้านทาน

มิฉะนั้นจะเหมือนกันทุกประการ วัตต์เป็นแอมป์ของคุณในปัจจุบันของคุณ และที่จริงแล้วมันสมเหตุสมผลแล้วเมื่อวัตต์มากขึ้นหมายถึงการไหลของความร้อนมากขึ้นใช่มั้ย และเช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้าอุณหภูมิที่นี่สัมพันธ์กัน เราไม่ได้พูดถึงอุณหภูมิสัมบูรณ์ ณ จุดใด ๆ แต่มีเพียงความแตกต่างของอุณหภูมิหรือความต่างศักย์ระหว่างสิ่งต่าง ๆ ดังนั้นเมื่อเราบอกว่ามีศักยภาพอุณหภูมิ 10 ° C นั่นก็หมายความว่าอย่างใดอย่างหนึ่งคือ 10 ° C ร้อนกว่าสิ่งอื่น ๆ ที่เรากำลังพูดถึง อุณหภูมิโดยรอบคือ 'พื้นดิน' ของเรา ดังนั้นในการแปลทั้งหมดนี้เป็นอุณหภูมิสัมบูรณ์ที่แท้จริงคุณเพียงแค่เพิ่มมันลงบนอุณหภูมิใด ๆ ก็ตาม

สิ่งต่างๆเช่น LM7805 ของคุณที่ผลิตความร้อนนั้นได้รับการจำลองอย่างสมบูรณ์แบบว่าเป็นแหล่งกระแสคงที่ เนื่องจากพลังงานเป็นปัจจุบันและมันทำหน้าที่เหมือนอุปกรณ์พลังงานคงที่สร้างความร้อน 4.4W อย่างต่อเนื่องดังนั้นจึงเป็นเหมือนแหล่งกระแสคงที่ที่สร้าง 4.4A เช่นเดียวกับแหล่งจ่ายกระแสคงที่แหล่งพลังงานคงที่จะเพิ่มอุณหภูมิ (เช่นแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกระแสคงที่) ให้สูงที่สุดเท่าที่จำเป็นในการรักษากระแสไฟฟ้า / พลังงาน และอะไรเป็นตัวกำหนดกระแสที่จะไหล ความต้านทานความร้อน!

1 โอห์มกำลังบอกว่าคุณจะต้องใช้ความต่างศักย์ 1 โวลต์เพื่อผลัก 1A ผ่านมัน เช่นเดียวกันในขณะที่หน่วยกำลังขี้ขลาด (° C / W) ความต้านทานความร้อนจะพูดเหมือนกัน 1 ° C / W เหมือนหนึ่งΩ คุณจะต้องใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิ 1 ° C เพื่อดัน 'กระแส' ความร้อน 1 วัตต์ผ่านความต้านทานนั้น

ยังดีกว่าสิ่งต่าง ๆ เช่นแรงดันไฟฟ้าลดลงขนานหรือวงจรความร้อนชุดมันเหมือนกันทั้งหมด หากความต้านทานความร้อนเป็นเพียงส่วนหนึ่งของความต้านทานความร้อนรวมที่มีขนาดใหญ่กว่าตามเส้นทางความร้อนของคุณ ('วงจร') คุณสามารถหา 'แรงดันไฟฟ้าตก' (เพิ่มอุณหภูมิ) ในทุกความต้านทานความร้อนในลักษณะเดียวกับที่คุณจะพบ แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน คุณสามารถเพิ่มพวกมันสำหรับซีรีส์ 1 / (1 / R1 .... 1 / Rn) เหมือนกับที่คุณต้องการสำหรับการต้านทานแบบขนาน ทุกอย่างทำงานได้โดยไม่มีข้อยกเว้น

2. แต่ต้องใช้เวลาสำหรับสิ่งที่ร้อน!

กฎของโอห์มไม่ได้เป็นกฎจริงๆ แต่เดิมเป็นแบบจำลองที่เข้าใจยากและต่อมาก็ตระหนักได้ว่าเป็นเพียงข้อ จำกัด ของกฎของเคิร์ชอฟฟ์ กล่าวอีกนัยหนึ่งกฎของโอห์มใช้ได้กับวงจรที่เสถียรเท่านั้น นี่คือความจริงสำหรับ thermals เช่นเดียวกัน ทั้งหมดที่ฉันเขียนด้านบนมีผลเฉพาะเมื่อระบบมีความสมดุล นั่นหมายความว่าคุณปล่อยให้ทุกสิ่งที่กำลังสลาย (แหล่งพลังงาน 'คงที่' ของเราในปัจจุบัน) ทำสิ่งนั้นในขณะที่ทุกอย่างมีอุณหภูมิคงที่และโดยการเพิ่มหรือลดพลังงานจะมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสัมพัทธ์

สิ่งนี้มักใช้เวลาไม่นาน แต่ก็ไม่ได้เกิดขึ้นทันที เราสามารถเห็นสิ่งนี้ได้อย่างชัดเจนเพียงเพราะสิ่งต่างๆต้องใช้เวลาในการทำให้ร้อนขึ้น สิ่งนี้สามารถสร้างแบบจำลองเป็นค่าความร้อน โดยพื้นฐานแล้วพวกเขาจะใช้เวลาในการ 'ประจุ' และคุณจะเห็นความแตกต่างของอุณหภูมิขนาดใหญ่ระหว่างวัตถุร้อนกับวัตถุเย็นจนกว่าจะถึงจุดสมดุล คุณสามารถนึกถึงวัตถุส่วนใหญ่เป็นตัวต้านทานแบบอนุกรมอย่างน้อยสองตัว (สำหรับจุดสัมผัสความร้อนและจุดอื่นตัวอย่างเช่นด้านบนและด้านล่างของแผ่นของคุณ) โดยมีตัวเก็บประจุอยู่ระหว่างนั้น สิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องหรือเป็นประโยชน์ในสถานการณ์นี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เราให้ความสำคัญ แต่ฉันคิดว่าฉันพูดถึงมันเพื่อความสมบูรณ์

3. การปฏิบัติจริง

หากเราให้ความร้อนกับกระแสไฟฟ้าเท่ากันมันจะไหลไปที่ไหนกัน? มันไหลลงสู่สิ่งแวดล้อม สำหรับทุกเจตนารมณ์และวัตถุประสงค์เรามักจะนึกถึงสภาพแวดล้อมในฐานะฮีทซิงค์ยักษ์ที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งจะรักษาอุณหภูมิคงที่ไม่ว่าจะมีกี่วัตต์ที่เราผลักเข้าไป แน่นอนว่านี่ไม่ใช่กรณีห้องพักสามารถรับความร้อนคอมพิวเตอร์สามารถอุ่นห้อง แต่ในกรณีของ 5W มันก็โอเค

ความต้านทานความร้อนของทางแยกไปยังเคสจากนั้นเคสกับแพด, แพดไปที่แผ่นด้านอื่น ๆ ของ pcb, แผ่นด้านล่างถึงฮีทซิงค์และในที่สุดฮีทซิงค์กับอากาศสร้างวงจรความร้อนทั้งหมดของเราและเพิ่มตัวต้านทานความร้อนทั้งหมด up คือความต้านทานความร้อนที่แท้จริงของเรา กราฟที่คุณกำลังดูอยู่พวกนั้นกำลังดูความต้านทานของระบบเพียงชิ้นเดียวไม่ใช่ระบบทั้งหมด จากกราฟเหล่านั้นคุณคิดว่าสแควร์ทองแดงสามารถกระจายกำลังวัตต์และเพิ่มขึ้นเพียง 50 ° C สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อแผงวงจรมีขนาดใหญ่และใหญ่มากและจะไม่อุ่นขึ้น ทางแยกที่มีปัญหาจะร้อนกว่า 50 °เร็วกว่าแผงวงจร แต่นั่นไม่ได้มีประโยชน์มากถ้าคุณอุ่นแผงวงจรถึง 200 ° C คุณใช้งานเกินอุณหภูมิอย่างใดอย่างหนึ่ง

ความจริงที่โชคร้ายคือการพาความร้อนตามธรรมชาตินั้นค่อนข้างแย่ในการระบายความร้อน ฮีทซิงค์มีพื้นที่ผิวจำนวนมากเพื่อเพิ่มความเย็นแบบพาความร้อนและมักจะเป็นสีดำเพื่อเพิ่มการทำความเย็นแบบแผ่รังสี (วัตถุสีดำแผ่ความร้อนมากที่สุดในขณะที่วัตถุเงา / แสงสะท้อนเกือบจะไม่เปล่งแสงเหมือนเสาอากาศ เมื่อได้รับและนั่นคือสาเหตุที่สิ่งที่เข้มกว่าถึงดำกลายเป็นสิ่งที่ร้อนในดวงอาทิตย์และสิ่งที่แวววาวแทบจะไม่ร้อนเลย แต่คุณจะพบว่าฮีทซิงค์ส่วนใหญ่มีความต้านทานความร้อนค่อนข้างสูงสำหรับการพาความร้อนตามธรรมชาติ ตรวจสอบแผ่นข้อมูลบ่อยครั้งที่ค่าความต้านทานความร้อนของฮีทซิงค์เป็นค่า CFPM ขั้นต่ำที่แน่นอนของการไหลของอากาศเหนือฮีทซิงค์ กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อมีแฟนเป่าลม การพาความร้อนตามธรรมชาติจะเป็นมาก ประสิทธิภาพการระบายความร้อนแย่ลง

การรักษาความต้านทานความร้อนระหว่างทางแยกและฮีทซิงค์ค่อนข้างง่าย (แม้ว่าการบัดกรีจะไม่ได้เป็นตัวนำความร้อนที่ดีมากอย่างน้อยเมื่อเทียบกับทองแดง) และทองแดงนั้นมีค่าเป็นอันดับสองรองจากเงินเท่านั้น นำความร้อนมากขึ้น แต่ยังไม่สามารถใช้ได้กับ Digikey) แม้แต่แผ่นวงจร fiberclass ของแผงวงจรก็ไม่ได้น่ากลัวอย่างสิ้นเชิงเมื่อนำความร้อน มันไม่ดี แต่ก็ไม่ได้แย่เหมือนกัน

ส่วนที่ยากคือการกระจายความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อม นั่นคือจุดที่ทำให้หายใจไม่ออกเสมอ และทำไมวิศวกรรมจึงยาก โดยส่วนตัวแล้วฉันออกแบบตัวแปลง DC / DC กำลังแรงสูง (เหนือสิ่งอื่นใด) ประสิทธิภาพหยุดเป็นสิ่งที่คุณต้องการและกลายเป็นสิ่งที่คุณต้องการ คุณต้อง% ประสิทธิภาพในการสร้างตัวแปลง DC / DC ให้มีขนาดเล็กเท่าที่จำเป็นเพราะมันจะไม่สามารถระบายความร้อนเหลือทิ้งได้อีก ณ จุดนี้ค่าความต้านทานความร้อนของส่วนประกอบแต่ละตัวนั้นไม่มีความหมายและพวกมันจะถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนาบนแผ่นทองแดง โมดูลทั้งหมดจะร้อนขึ้นจนกว่าจะถึงสมดุล ไม่มีองค์ประกอบใดที่จริงแล้วจะมีความต้านทานความร้อนเพียงพอที่จะทำให้ร้อนในทางทฤษฎี แต่บอร์ดทั้งหมดในฐานะที่เป็นวัตถุขนาดใหญ่สามารถทำให้ร้อนขึ้นได้จนกว่ามันจะ desolders ตัวเองถ้ามันสามารถ '

และอย่างที่ฉันบอกไปก่อนหน้านี้การพาความร้อนตามธรรมชาตินั้นแย่มากจริงๆในการทำความเย็น มันยังเป็นหน้าที่หลักของพื้นที่ผิว ดังนั้นแผ่นทองแดงและแผงวงจรที่มีพื้นที่วงจรเดียวกันจะมีความต้านทานความร้อนต่อสภาพแวดล้อมคล้ายกันมาก ทองแดงจะทำให้ความร้อนสม่ำเสมอตลอด แต่จะไม่สามารถหลั่งวัตต์ได้มากกว่าไฟเบอร์กลาส

มันลงมาสู่พื้นที่ผิว และตัวเลขไม่ดี 1 cm ^ c แสดงถึงความต้านทานความร้อนได้ประมาณ 1,000 ° C / W ดังนั้นแผงวงจรที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ที่มีขนาด 100 มม. x 50 มม. จะมีขนาด 50 ตารางเมตรแต่ละตารางเซนติเมตรและแต่ละแผงจะมีค่าความต้านทานความร้อนเท่ากับ 1,000 ° C / W ดังนั้นบอร์ดนี้จึงมีความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่ 20 ° C / W ดังนั้นในกรณีของคุณที่ 4.4W มันไม่สำคัญว่าคุณจะทำอะไรบนบอร์ดขนาดแผ่นรองจุดระบายความร้อนหรืออะไรก็ตาม 4.4W กำลังจะทำให้บอร์ดร้อนขึ้นถึง 88 ° C เหนือบรรยากาศ และไม่มีการรับรอบ

สิ่งที่ฮีทซิงค์ทำคือพับพื้นที่ผิวจำนวนมากลงในปริมาตรเล็ก ๆ ดังนั้นการใช้ความร้อนจะทำให้ความต้านทานความร้อนโดยรวมลดลงและทุกอย่างจะร้อนน้อยลง แต่ทุกอย่างจะอบอุ่นขึ้น การออกแบบการระบายความร้อนที่ดีนั้นเกี่ยวกับการกำหนดทิศทางความร้อนที่ไหลออกจากวิดเจ็ตของคุณ

คุณทำงานได้ค่อนข้างดีด้วยการติดตั้งฮีทซิงค์และกล่องหุ้ม แต่คุณมีความกังวลเกี่ยวกับสิ่งที่ผิด ไม่มีวิธีง่ายๆในการคำนวณความต้านทานความร้อนของแผ่นผ่านแผ่นวงจรพิมพ์ แต่ใช้เวลาเพียงประมาณ 17% ของพื้นที่แผ่นสำหรับเฉพาะจุดอ่อนก่อนที่คุณจะตีกลับลดน้อยลงอย่างหนัก มักใช้จุดอ่อน 0.3 มม. ที่มีระยะห่าง 1 มม. และเติมแผ่นระบายความร้อนเช่นนั้นจะให้ผลดีเท่าที่คุณจะได้รับ เพียงแค่ทำเช่นนั้นและคุณจะไม่มีเหตุผลที่จะต้องกังวลเกี่ยวกับมูลค่าที่แท้จริง คุณใส่ใจกับระบบโดยรวมไม่ใช่แยกเดียว

คุณมีปัญหาที่ความต้านทานความร้อนจากจุดแยกไปยังแผงวงจรขนาดใหญ่และพื้นผิวที่จะระบายความร้อนสู่สภาพแวดล้อมนั้นสูงเกินไปดังนั้นส่วนประกอบจึงร้อนเกินไป ความร้อนไม่สามารถแพร่กระจายไปยังส่วนที่เหลือของพื้นผิวการกระจายอย่างรวดเร็วพอหรืออาจทำได้ แต่มีพื้นผิวไม่เพียงพอที่จะกระจายไปสู่สภาพแวดล้อมอย่างรวดเร็วพอ คุณได้พูดถึงความเป็นไปได้ทั้งสองอย่างโดยกำหนดเส้นทางความร้อนความต้านทานต่ำจาก LM7805 ไปยังฮีทซิงค์ซึ่งให้พื้นที่ผิวมากขึ้นและมีสถานที่พิเศษมากมายสำหรับความร้อนที่จะหลบหนี

แน่นอนว่าแผงวงจร ฯลฯ จะยังคงอุ่นขึ้นในที่สุด เช่นเดียวกับกระแสไฟฟ้ามันจะติดตามทุกเส้นทางตามสัดส่วนของความต้านทาน ด้วยการให้ความต้านทานรวมน้อยกว่าทำให้ LM7805 เป็นแหล่งความร้อน 'กระแส' ไม่จำเป็นต้องร้อนมากนักและเส้นทางอื่นกำลังแยกวัตต์ (กระแส ') ระหว่างพวกเขาและเส้นทางต้านทานต่ำที่สุด (ฮีทซิงค์) จะได้สัดส่วน ร้อน คุณกำลังเก็บทุกอย่างไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าโดยให้ทางเดินที่มีความร้อนเป็นพิเศษผ่านฮีทซิงค์ แต่ทุกสิ่งทุกอย่างจะยังคงช่วยเหลือและยังคงอบอุ่นร่างกายให้มากขึ้นหรือน้อยลง

ดังนั้นเพื่อตอบคำถามหัวข้อย่อยของคุณ : คุณไม่จำเป็นต้องวัดความต้านทานความร้อนของทางแยกไปยังแผ่นด้านล่างและรู้ว่ามันไม่ใช่ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ มันจะไม่เปลี่ยนแปลงอะไรเลยและคุณไม่สามารถปรับปรุงมันได้มากกว่าสิ่งที่คุณมีอยู่แล้ว

การใช้ตัวควบคุมเชิงเส้นที่ไม่ควรใช้พลังงานมากเช่นนี้ PCB ของคุณจะเป็นเหมือนฮีตเตอร์ ซึ่งหมายความว่าจาก 5.52 วัตต์พลังงานเพียง 1.15 จะเป็นพลังงานที่มีประโยชน์ซึ่งนำคุณไปสู่ประสิทธิภาพ 20.8 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งอยู่ในระดับต่ำอย่างน่ากลัว

คุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ไหม ใช่แน่นอน หากคุณใช้แหล่งที่มา 110 / 230VAC คุณสามารถลดแรงดันไฟฟ้าด้วยหม้อแปลงให้เหมาะสมกว่าภายหลังแปลงให้เป็นเช่น 12VDC และใช้เป็นอินพุตจากนั้นคุณสามารถใช้ 1.15 วัตต์จาก 2.76 วัตต์ซึ่งทำให้คุณมีประสิทธิภาพ 41.7 เปอร์เซ็นต์ ลดแรงดันไฟฟ้าของอินพุตช่วย แน่นอนคุณต้องเข้าใจความจริงที่ว่าพวกเขาไม่สามารถใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพได้แม้ว่าจะถือว่าเป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมต่ำ (LDO) ก็ตาม พวกเขาควรจะทำเช่นนั้นเพราะมีแรงดันตกที่ส่วนควบคุม ฉันจะใช้ตัวควบคุมเฉพาะเมื่อการสูญเสียพลังงานต่ำจริงๆและฉันต้องการวิธีแก้ปัญหาที่รวดเร็ว

อย่างที่ฉันเห็นข้อเสนอแนะนี้อาจไม่ใช่ตัวเลือกเนื่องจากคุณมีแหล่งจ่ายไฟ 24VDC อยู่แล้ว ถ้าอย่างนั้นฉันก็มักจะแนะนำให้ใช้สวิตช์ควบคุม มีมากมายของพวกเขาให้โดยผู้ผลิตจำนวนมาก - เทคโนโลยีเชิงเส้น Maxxim, TI, ฯลฯ ส่วนใหญ่แนบแผนงานบางอย่างที่สามารถเป็นคู่มือที่มีประโยชน์ หลายคนทำงานโดยไม่มีการปรับแต่งเพิ่มเติม เพียงตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณอ่านเอกสารข้อมูลอย่างถูกต้องและวางส่วนประกอบตามที่วางไว้และคุณอาจได้รับประสิทธิภาพ 90 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่านั้น

คุณเห็นสิ่งอื่นใดที่ฉันสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้หรือไม่

โดยไม่ให้ความคิดมากเกินไปเกี่ยวกับ10 11 12 13 มาถึงใจ

1. บริเวณแผ่นความร้อน
2. จุดต่อความต้านทานความร้อนของเคส
3. แผ่น PCB บาง
4. ทองแดงหรือเงินที่เต็มไปด้วยอคติ
5. อีพ็อกซี่ความร้อน
6. MCPCB
7. Encapsulants ความร้อน
8. ทองแดงเปลือย
9. เครื่องกระจายความร้อน
10. กรณี Emissivity
11. ช่องระบายอากาศ
12. ปฐมนิเทศ
13. Switcher
    

ดูเหมือนว่าคุณอาจใช้ On Semi โดยแผนภาพความร้อนที่คุณใช้
เมื่อดูแผ่นข้อมูลอะไรคือคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดที่ควรพิจารณา

สำหรับอุปกรณ์นี้มีสอง

บริเวณแผ่นความร้อน

ใน Semi's มีขนาดเล็กลงที่ 73% ขนาดของ STS

STS pad     12.20 x 9.75 = 118.95
ON Semi pad 10.49 x 8.38 =  87.9062 

จุดต่อความต้านทานความร้อนของเคส

STS มีจุดแยกความต้านทานความร้อนน้อยกว่า 40% ไปยังแผ่นความร้อนกว่าบนกึ่ง

On Semi 5 C°/W
STS     3 C°/W  40% Less 

แผ่น PCB บาง

ผ่านการนำความร้อนได้อย่างง่ายดายสองหรือสามทางความร้อน

สูตรการนำความร้อน

d ระยะทาง

ทำให้ PCB บางลง (ระยะทางเล็กลง) และเพิ่มการนำความร้อนของ Thermal Vias

ความหนาลามิเนต: 0.003 "ถึง 0.250"

ความหนา PCB ปัจจุบัน 0.062

ไม่มีค่าใช้จ่ายใด ๆ ในการลดเหลือ 0.031 และคุณเพิ่มค่าการนำความร้อนเป็นสองเท่า

370HR PCB วัสดุคล้ายกับ FR4 มีอุณหภูมิสูงขึ้น แต่มีอยู่ในความหนา 0.020 มีค่าใช้จ่ายที่เหมาะสมมากขึ้นซึ่งจะสามการนำ

จุดแวะเติมทองแดงและเงิน

ผู้ผลิต PCB ได้ทำทองแดงที่เต็มไปด้วยไมโครสำหรับสักครู่
ทองแดงทำดีกว่าอากาศ

ทองแดงหรือเงิน

จุดระบายความร้อนของ Epoxy

หากทองแดงไม่สามารถใช้ได้กับผู้ขายและกระเป๋าเงินของคุณให้เติมความร้อนด้วยอีพ๊อกซี่ความร้อนมาตรฐาน การนำความร้อนของ expoxy มีการปรับปรุงอยู่ตลอดเวลา

การเติมแบบไม่นำไฟฟ้ามีการนำความร้อน 0.25 W / mK ในขณะที่การนำความร้อนมีค่าการนำความร้อนที่ใดก็ได้จาก 3.5-15 W / mK ในทางตรงกันข้ามทองแดงด้วยไฟฟ้ามีการนำความร้อนมากกว่า 250W / mK

Encapsulants ความร้อน

คุณสามารถแค็ปซูลกระดานในวัสดุนำความร้อน ดีกว่าอากาศ Mean Well ทำสิ่งนี้ให้กับพาวเวอร์ซัพพลายของพวกเขาเช่น HLG ซีรี่ส์

1. Underfills และ Encapsulants
2. กาวนำความร้อน (หนึ่งส่วนหรือสองส่วน)
3. ระบบป้องกันและเคลือบอีเอ็มไอ
4. กาวไฟฟ้าหรือนำความร้อน
5. กาวหรือเจลไม่ติด
6. กาวนำไฟฟ้า (Epoxy ECA หรือ Silicone ECA)
7. อีพ็อกซี่ประสิทธิภาพสูงเช่นอีพ็อกซี่ CTE ต่ำ
8. กาว CTE ต่ำ
9. การเคลือบแบบ Conformal หรือ Potting หรือ Encapsulation
10. กาว Epoxy สำหรับการใช้งานพิเศษเช่น Optical Epoxy สำหรับ LED
11. วัสดุเติมช่องว่างความร้อน
12. กาวนำความร้อน (หนึ่งส่วนหรือสองส่วน)
13. RTV Sealants หรือ Heat Cure Adhesives & Sealants

MCPCB

PCB แกนโลหะ

มีคนพูดถึงอลูมิเนียม PCB ไม่มีใครพูดถึง Copper PCB ผู้จัดหาวัสดุ PCB ของอลูมิเนียมบางรายก็จัดหาทองแดงแทนอลูมิเนียม

ทองแดงแข็ง

ทองแดงเปลือย

แผ่นความร้อนของคุณเคลือบด้วย HASL ทำไมไม่ทำทองแดงเปลือย

ส่วนใหญ่กังวลเกี่ยวกับการเกิดออกซิเดชันของทองแดง ฉันชอบออกซิเดชัน เรียกฉันว่าบ้า แต่ทองแดง Emissivity มีค่าประมาณ 0.04 เท่านั้น สำหรับทองแดงขัดทองแดงออกซิไดซ์เท่ากับ 0.78 เช่นเดียวกับอลูมิเนียมออกซิไดซ์

คำนวณว่าแผ่นทองแดงจะกระจายไปเท่าใด

ใส่วัตต์ส่วนประกอบพื้นที่ทองแดงรับอุณหภูมิ

เครื่องกระจายความร้อน

เลเยอร์ภายในสามารถใช้กับฝังผ่านเพื่อสร้างระนาบการแพร่กระจาย แนวคิดของจุดระบายความร้อนอาศัยชั้นภายในที่ใช้เป็นตัวกระจายความร้อน

กรณี Emissivity

กรณีนี้อาจทำจากพอลิเมอร์ที่มีการนำความร้อนสูงและมีการแผ่รังสีสูง

โพลีเมอร์นำความร้อน

ช่องระบายอากาศ

เจาะรูใน PCB เพื่อหมุนเวียน ระบายรูในตัวเครื่อง

ปฐมนิเทศ

กล่องของคุณคว่ำ

ฮีทซิงค์ที่ด้านล่างนั้นแย่ที่สุด ด้านข้างหรือดีกว่ามาก

นี้500 วัตต์อุปกรณ์ระบายความร้อนด้วย 25.0” อดทน L x 15” W x 3” H
ติดตั้งฮีทซิงค์ที่ด้านบนของอุปกรณ์

Switcher

นี่ไม่ใช่งานสำหรับตัวควบคุมเชิงเส้น คุณจะไม่พบปัญหาเหล่านี้หากคุณใช้ตัวสลับ ฉันคิดว่ามีคนใส่ switcher ในเคสขนาด 78xx อันหรือเล็กกว่านั้น พวกเขาออกไปที่นั่นและราคาไม่แพง

ง่ายสลับ $ 2.00 พร้อมตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็ก 10µH
24V _ใน , 5V _ออก , 250mA

BOM

Cin   TDK          C1005X5R1V225K050BC $0.10
Cout  MuRata       GRM31CR61A226KE19L $0.15
L1    Coilcraft    LPS4018-103MRB  $0.80
Rfbb  Vishay-Dale  CRCW0402383KFKED
Rfbt  Vishay-Dale  CRCW04022M00FKED
Rpg   Vishay-Dale  CRCW0402100KFKED
U1    TI           TPS62175DQCR  $1.00

ทำไมไม่มีแฟน

ไม่มีใครชอบแฟน ๆ ทำไม?

อันนี้ไม่นับรวมความคิดสิบข้อของฉัน

เหตุผลที่ "การพาความร้อนตามธรรมชาตินั้นแย่มากจริงๆสำหรับการทำความเย็นสิ่งต่าง ๆ " เพราะมันต้องการการไหลของอากาศ และมันก็ไม่ต้องการอะไรมากมาย การไหลของอากาศเพียงเล็กน้อยจะช่วยปรับปรุงสิ่งต่าง ๆ อย่างมาก

หากใช้การทดลองกับแฟน ๆ 30db (A) เล็ก ๆ เหล่านี้ หนึ่งคือ 4.5 cfm, 0.32 วัตต์และเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 มม. และอีก 13.2 cfm, 0.34 วัตต์และเส้นผ่าศูนย์กลาง 60 มม.

ใช้ไฟ LED ที่ 20 วัตต์, พัดลม 13.2 cfm

61.2 ° C เทียบกับ 44.6 ° C ต่อแฟน

ฉันทดสอบพัดลมด้านบนด้วย LED 90 วัตต์ สิ่งที่ไม่ดีแผ่นเชื่อมต่อได้ละลายออกสองครั้งจนถึงขณะนี้ สิ่งที่ผ่านนรกเริ่มต้นในชีวิตในฐานะ 80 วัตต์ ใช้แล้วและถูกทารุณกรรม

LED ติดตั้งอยู่ที่แท่งทองแดง 1 "x 0.125" x 12 "

ฉันจะวางพัดลมไว้ที่ด้านหลังของแท่งทองแดงด้านบน LED

สีมัสตาร์ดนั่นคือเทอร์โมมิเตอร์

แหล่งจ่ายไฟนั้นเป็นหนึ่งในผู้ห่อหุ้มด้วยอีพ๊อกซี่ความร้อน ความสูงถึง 600 วัตต์ไม่มีพัดลม รับประกัน 7 ปี

BTW ฉันลองใช้เทอร์มิสเตอร์ชนิดต่างๆและฉันชอบแก้ว Vishay NTCLG ที่ห่อหุ้ม

ในภาพที่สองที่มีไฟ LED จะมีวงกลมสีแดงมีเทอร์มิสเตอร์น่าเกลียดอยู่ที่นั่น แต่มันเป็นวงกลมที่จะชี้แผงระบายความร้อนสำหรับ LED ของกบฏ Lipson Luxeon LED ที่ติดตั้งบนบอร์ดนั้นคือ Cree XPE ด้านล่างวงกลมเป็น Luxeon ที่มีรูปร่างเศร้ามากเผาเหยื่อ

ทีนี้การระบายความร้อนนี้ผ่านไปยังด้านตรงข้ามของแนวคิดกระดานไม่เหมาะกับฉัน นี่คือสิ่งที่ผู้ผลิต LED ทุกคนแนะนำ ฉันไม่ชอบให้บอกว่าจะทำอย่างไร

อย่างที่คุณเห็นฉันทำอย่างใด

จุดระบายความร้อนบน PCB (วงกลมสีน้ำเงิน)

นี่คือวิธีที่ความร้อนเหล่านั้นผ่านได้ดี

บรรทัดสุดท้ายอธิบายทุกอย่าง 375 mA และ 129 ° C

คอลัมน์สีฟ้าคือการแผ่รังสีที่ใช้งานด้วยแสงสังเคราะห์ ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดคือที่ที่อุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 45-50 ° C ที่ 3.5 PAR / Watt แต่ที่ 100mA ซึ่งเท่ากับ 1/10 the 1 Amp rating ดังนั้นความร้อนจะไม่ลดลง

ที่นี่คือที่ที่ฉันไปด้วยทุกสิ่ง

เส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุดจะไม่ผ่านทางด้านหลังของบอร์ด

PCB นั้นบาง (0.31) และมองเห็นได้ยากภายใต้แท่งทองแดง สกรูจะผ่านช่องเก็บของขนาดใหญ่ในแผ่นความร้อน

แผ่นความร้อนไฟ LED ถูกบัดกรีไปที่ด้านบนด้วยทองแดงจำนวนมาก ความต้านทานความร้อนของแผ่นทองแดง 2-4 ออนซ์นั้นน้อยกว่าการผ่าน FR4 ที่มีจุดระบายความร้อนมาก

ดังนั้นฉันจึงเมาน PCB ไปที่แถบทองแดง แท่งทองแดงรูปที่นี่คือ 0.62 "หนาและกว้าง 0.5" ฉันมีหลายชนิดด้วยและความหนาที่ฉันได้รับการทดสอบ

เหล่านี้คือ Cree XP-E Deep Photo Red 655nm

มันไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น

หลอด LED ที่มี Luxeon Rebel ES Royal Blue 450nm นั้นมีความหนา 0.125 นิ้ว

เส้นทางแห่งความต้านทานน้อยที่สุดคือ ...

เส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุดคือ

• จากแผ่นความร้อน LED
• ไปยังแผ่น PCB theraml
• ไปที่แถบทองแดง
• กับท่อทองแดงกลม

ใช่ท่อทองแดงท่อน้ำ 1/2 "

จุดอ่อนที่สุดคือแผ่นทองแดง PCB มันผอม

ด้านขวาของท่อทองแดงเป็นท่อที่สูบน้ำ

เดอะวอเตอร์ทาวเวอร์

ไรเซอร์ด้านขวาประกอบด้วยท่อที่สูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำด้านล่างไปยังถังเก็บน้ำด้านบน

มันคุ้มหรือไม่

เมื่อบอร์ดที่เบิร์น (129 ° C) ที่ 350mA ทำงานที่ 700mA (Imax) และการควบแน่นกำลังเกิดขึ้นฉันคิดว่ามันคุ้มค่า

Ambient 23 ° C, 30 Watt PCB, อุณหภูมิเคส LED 21 ° C

การวิเคราะห์การตั้งค่าความร้อนของคุณดูเหมือนจะไม่สมบูรณ์เล็กน้อย - โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันมาถึงอินเตอร์เฟซอากาศทองแดง

คุณสามารถปฏิบัติต่อปัญหาคล้ายกับตัวต้านทานแบบตัวต้านทาน ทางแยกของคุณต่ออากาศคือแรงดันไฟฟ้า (บอกว่า 70) และกระแสคือพลังงานที่คุณต้องกระจาย (4.5) โซลูชันระบายความร้อนทั้งหมดของคุณต้องมี 15 องศา / วัตต์หรือน้อยกว่า นี่คือผลรวมของชิ้นส่วนทั้งหมดในซีรีย์ junction-copper1, copper1-copper2, copper2-air

ดังที่คุณเห็นจากรูปที่คุณยกมาอุปกรณ์บนระนาบทองแดงอย่างง่ายจะต่อสู้เพื่อให้ทำงานได้สูงกว่า 3W (แม้จะมีระนาบที่ใหญ่กว่า) เมื่อความร้อนไหลผ่านระนาบเริ่มมีความสำคัญ การคำนวณสิ่งนี้ไม่ได้เป็นเรื่องเล็กน้อย

ในสถานการณ์ของคุณเฉพาะด้านหลังของ PCB เท่านั้นที่มีประสิทธิภาพในการกระจายความร้อน (ด้านบนอาจใช้เวลาสักครู่เพื่อให้เกิดความสมดุล แต่จากนั้นจะหยุดการดูดซับพลังงาน) พิจารณาด้านหลังเท่านั้น บางที 0.5 W จะผ่านหน้าปก (ดูนี่เป็นเครือข่ายแบบขนาน) แต่ความต้านทานจะสูงและส่วนประกอบทั้งหมดของคุณจะอบอุ่น

คุณสามารถเห็นว่าคุณต้องประสบความสำเร็จมากกว่า 15 องศาต่อวัตต์สำหรับฮีทซิงค์ อาจเป็น 10 องศาต่อวัตต์จะเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีในการค้นหาสิ่งที่หมายถึงหม้อน้ำแบบพาสซีฟ แล้วนี่แสดงถึงพื้นผิวฮีทซิงค์ที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 45 องศาโดยรอบ

ในการตัดสินประสิทธิภาพของแผ่นอิเล็กโทรดของคุณคุณจำเป็นต้องวัดอุณหภูมิที่ลดลงระหว่างสองด้านของ PCB นี่อาจเป็นที่ขอบของแผ่น แต่มีแนวโน้มว่าจะน้อยกว่าความต้านทานความร้อนของฮีทซิงค์ หากคุณตั้งเป้าหมายระดับพลังงานอาจ 2W มันจะมีความสำคัญมากกว่าในผลลัพธ์ แต่คุณรู้แล้วว่าคุณต้องใช้ฮีทซิงค์บางประเภท

ข้อผิดพลาดทั่วไปอย่างหนึ่งที่คนทำ - พวกเขาไม่เลียนแบบหรือดูการจำลองผู้อื่น การออกแบบแต่ละครั้งบนพื้นฐานของการนำความร้อนทองแดง PCB จำกัด ประมาณ 2 W ในกรณีที่ดีที่สุด นี่เป็นเพราะส่วนตัดทองแดงมีขนาดเล็กมาก ในการจำลองดูเหมือนว่าจุดร้อนรอบ ๆ องค์ประกอบร้อนแม้จะมีแผ่นทองแดงขนาดใหญ่ที่มีจุดอ่อนมากมาย

ฉันสามารถแนะนำให้ใช้ผลิตภัณฑ์แผ่นระบายความร้อนชั้นวางหรือไปที่อลูมิเนียม (แผ่นแกนโลหะ) PCB ในกรณีใด ๆ กลยุทธ์คือการเพิ่มพื้นที่สัมผัสอากาศและในเวลาเดียวกันเพื่อลด "ความต้านทานความร้อน" (จริงปรับปรุงการนำความร้อน) ระหว่างทางแยกและแต่ละจุดของหม้อน้ำ

เมื่อคุณรวมคำถามจำนวนมากไว้ในโพสต์เดียวและอื่น ๆ ได้ตอบคำถามอื่นของคุณฉันจะให้คำตอบเพียงบางส่วน

ถ้าไม่ฉันสามารถวัดความต้านทานความร้อนนี้ได้ด้วยเซ็นเซอร์อุณหภูมิหรือไม่?

คุณรู้ว่าความร้อนที่ไหลผ่านอินเทอร์เฟซ (~ 4.4 W) เช่นเดียวกับคำตอบอื่นที่กล่าวว่าหากคุณรอให้ระบบปรับสมดุลความร้อนที่ออกมาทางด้านบนของ PCB จะค่อนข้างต่ำ

วางเทอร์มิสเตอร์ลงบนสุดของบอร์ดให้ใกล้กับอินเตอร์เฟสของเคส วางอีกอันหนึ่งไว้ที่ด้านหลังของบอร์ดด้านล่าง ตอนนี้คุณสามารถวัดได้$\Delta{}T$.

ตอนนี้คุณสามารถประมาณอย่างน้อยประมาณความต้านทานความร้อนของกระดานโดยการหารหนึ่งโดยอื่น ๆ

เนื่องจากคุณมีคำตอบสำหรับคำถามของคุณผมอยากจะแนะนำให้ "การปฏิบัติ" วิธีการแก้ปัญหา
วางตัวควบคุมภายนอกตัวเรือนพลาสติก ด้วยวิธีนี้ความร้อนที่เกิดขึ้นจะไม่ส่งผลกระทบต่อส่วนประกอบภายในตัวเรือนพลาสติกและสามารถกระจายได้ง่ายขึ้น - เนื่องจากมี "อุปสรรค" น้อยกว่าในการผ่าน