จะรักษาความคุมเชิงเส้นให้เย็นโดยไม่ใช้ฮีทซิงค์จริงอย่างไร

ฉันต้องการใช้ตัวควบคุมเชิงเส้นสำหรับแอปพลิเคชันบางตัวมันอยู่ในแพ็คเกจ SOT-223 (ไม่ใช่ SOT-89) ฉันจะทำให้มันเย็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยไม่ต้องฮีทซิงค์ขนาดใหญ่ได้อย่างไร เครื่องปรับความร้อนอาจกระจายความร้อน 2-3W ฉันได้ยินมาว่าคุณสามารถใช้ร่องรอยทองแดงภายใต้เครื่องควบคุมบน PCB เพื่อให้เครื่องปรับลมเย็น ไม่มีใครมีการอ้างอิงเกี่ยวกับเรื่องนี้?

คุณจะไม่สามารถกระจายความร้อนนั้นได้มากโดยมีเพียงร่องรอยทองแดงเพื่อขจัดความร้อน (SOT-89 เป็นแพคเกจขนาดเล็กมากคุณแน่ใจหรือไม่ว่าชิ้นส่วนเฉพาะในแพ็คเกจนั้นได้รับการจัดอันดับสำหรับ 3W?)

ฉันใช้แพ็คเกจขนาด D-Pak ที่มีทองแดงจำนวนมากในสี่เลเยอร์และอาร์เรย์ของจุดแวะเพื่อพยายามให้อุปกรณ์ทองแดงมีจำนวนมากสำหรับชุดระบายความร้อน

สิ่งนี้ทำงานได้ดีพอสมควรสำหรับภาระงานที่มีภาระงานต่ำ แต่ทำงานได้ไม่ดีสำหรับการใช้งานโหลดอย่างต่อเนื่อง สำหรับความต้องการในการระบายที่สูงคุณต้องมีครีบและอากาศเคลื่อนที่เหนือพวกเขาและถ้าคุณไม่สร้างแผงวงจรที่แตกต่างจากที่ฉันรู้คุณจะต้องใช้แผงระบายความร้อนเพื่อรับครีบเหล่านั้น

ฉันรู้ว่านี่ไม่ได้ตอบคำถามของคุณโดยตรง แต่มีบางสิ่งที่คุณอาจต้องการพิจารณา

แทนที่จะกระจายพลังงานมากคุณสามารถใส่ตัวแปลงบั๊กหน้าตัวควบคุมเชิงเส้นของคุณ รับบั๊กเพื่อส่งออกที่แรงดันไฟฟ้าเหนือสิ่งที่ต้องการโดยตัวควบคุมเชิงเส้นของคุณ

สิ่งนี้ไม่เพียงลดปริมาณความร้อนที่คุณต้องกระจายออกไป แต่ยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการออกแบบของคุณด้วย

เท่าที่การระบายความร้อนเกิดขึ้นฉันมักจะวางจุดอ่อนหลายจุดลงบนระนาบกราวด์ของฉัน ระนาบพื้นดูเหมือนว่าจะดีมากในการกระจายความร้อน หากคุณไปที่บอร์ดเลเยอร์ 4+ และมีระนาบกราวด์อยู่ภายในแล้วการกระจายความร้อนจะไม่ดีเท่าที่ควร

มันเป็นกฎของฟิสิกส์ คุณต้องกระจาย 3W ผ่านอุปกรณ์ที่มีความต้านทานความร้อนขนาดใหญ่จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น การใช้ร่องรอยทองแดงสามารถนำความร้อนออกจากอุปกรณ์ยึดพื้นผิวเข้าสู่แผงวงจรพิมพ์ แต่ความร้อนนั้นยังคงต้องถูกจม

ดูที่อุปกรณ์ SOT223 พวกเขามี Rj-a ของ 91 K / W ซึ่งหมายความว่าที่สองถึงสามวัตต์อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของ 273 K สามารถคาดหวัง นี่จะปรุงอุปกรณ์ของคุณ Rj-s (ทางแยกต่อการต้านทานจุดบัดกรี) คือ 10 K / W ดังนั้นหากบอร์ดของคุณสามารถกระจายความร้อนได้อุปกรณ์จะอยู่ที่ระดับ 30 K ขึ้นไปโดยรอบ

หากบอร์ดของคุณติดตั้งอยู่ในกล่องหุ้มโลหะคุณสามารถใช้ความพยายามในการออกแบบเล็กน้อยปรับแผ่นความร้อนขนาดใหญ่บนแผงวงจรกับเกาะบนแผ่นโลหะ

        /---\                        hot device    
==================================   PCB
_______/     \______/    \______     Metal enclosure

การใช้แผ่นทองแดงขนาดใหญ่ในแต่ละชั้นที่มีผ่านจำนวนมากจะช่วยในการถ่ายโอนความร้อน อีกปัญหาหนึ่งคือการยึดแผงวงจรเข้ากับตู้โลหะและใช้แรงดันและสารประกอบความร้อนเพียงพอเพื่อให้คณะกรรมการสามารถนำความร้อนเข้าสู่ตู้ได้

การทำเช่นนี้จะถ่ายโอนความร้อนจากส่วนประกอบไปยังบอร์ดและไปยังกล่องหุ้มได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นสิ่งที่แนบมาจะกลายเป็นฮีทซิงค์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

หากไม่มีฮีทซิงค์บนบอร์ดคุณจะลด Rj-a จาก 91 K / W เป็นค่าที่ต่ำกว่า ค่านี้คืออะไรคุณจะต้องพิจารณาการทดลอง จัดทำแผงวงจรอย่างง่าย ๆ โดยใช้อุปกรณ์ที่มีปัญหาและแผ่นความร้อนในแต่ละชั้นด้วยจุดแวะแล้วเพิ่มจำนวนพลังงานที่คุณกำลังวิ่งผ่านอุปกรณ์จากน้อยกว่าหนึ่งวัตต์เบา ๆ เป็นสองถึงสามวัตต์และใช้ตัววัดอุณหภูมิ บันทึกอุณหภูมิบนบอร์ดและอุปกรณ์ สิ่งนี้จะช่วยให้คุณสามารถคำนวณ Rj-a ของอุปกรณ์บนแผงวงจรของคุณ

ใช่คุณสามารถทำให้อุปกรณ์เย็นลงโดยใช้บอร์ด โปรดทราบว่าการทำเช่นนี้ต้องใช้พื้นที่ผิวในปริมาณพอสมควร อย่าคาดหวังว่าบอร์ดทั้งหมดของคุณจะให้องค์ประกอบการระบายความร้อนตัวอย่างเช่นถ้าแท็บนั้นอยู่บนระนาบกราวด์ ฉันเชื่อว่าพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพอยู่ภายใน 6 ซม. ถึง 8 ซม.

หลุมของผ่านหรือรูเล็ก ๆ ที่คุณมักเห็นในระนาบเหล่านั้นคือ ในอีกด้านหนึ่งของบอร์ดอาจมีระนาบทองแดงด้วย มันเพิ่มการระบายความร้อนด้วยความร้อน แต่อาจทำได้ยากเมื่อคุณต้นแบบแผงวงจรของคุณเอง รูต้องไม่ใหญ่มาก (ตามลำดับเพียงไม่กี่สิบมิลลิเมตร)

ฉันได้ทำสวิตชิ่งเรกูเลเตอร์เมื่อวันก่อนที่ต้องการความเย็นเช่นกัน มันอยู่ในเคส TO-263 ซึ่งใหญ่กว่านิดหน่อย แต่อย่างไรก็ตามแผ่นข้อมูลแห่งชาติในหน้า 4 และ 5 ระบุว่าด้วยพื้นที่ทองแดง 1 ตารางนิ้วฉันมีความต้านทานการระบายความร้อนที่ 26C / W นั่นคือ JA ซึ่งไม่ได้เลวร้ายเกินไป หากคุณไม่เปิดเผย 3W ที่จะเพิ่ม 75C เหนือบรรยากาศซึ่งดีพอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีนี้ฉันกำลังสร้าง PCB บนเครื่องแกะสลักมือสมัครเล่นดังนั้นฉันจึงทำให้พื้นที่ใหญ่เป็นสองเท่าเนื่องจากการเชื่อมการบัดกรีกับแท็บนั้นยากที่จะทำ

ดังที่อธิบายไว้ในการกระจายพลังงานต่ำโปรไฟล์คุณอาจสามารถสูญเสียความร้อนในส่วนประกอบอื่น (ตัวต้านทานต้นน้ำหรือตัวควบคุมที่สอง) ดังนั้นตัวควบคุมของคุณจึงไม่จำเป็นต้องกระจายไปมาก คุณจะต้องทำการคำนวณสำหรับแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำและสูงสุดและต่ำสุดและโหลดสูงสุดที่คุณคาดหวัง

นี่อาจเป็นเรื่องที่โหดร้ายและฉันก็ไม่ได้คาดเดาความร้อนกับความต้องการของคุณ แต่ตัวเลือกหนึ่งถ้าขนาดทางกายภาพของฮีทซิงค์เป็นปัญหาคือการทำให้พื้นที่บอร์ดหรืออุปกรณ์มีสารประกอบที่มีความต้านทานความร้อนต่ำ ฉันได้เห็นสิ่งนี้ทำกับ Araldite ธรรมดาเพื่อกระจายภาระความร้อน หากการปลูกเสร็จภายในกล่องโลหะคุณก็จะได้รับประโยชน์จากงานโลหะด้วยเช่นกัน ใจคุณ - นี่ทำให้ reworking ยากหน่อย!

ในขณะที่ค้นคว้าคำถามเดียวกันสำหรับทรานซิสเตอร์สลับแพคเกจ SOT-223 ฉันสะดุดในคู่มืออ้างอิงเทคนิคการบัดกรีและติดตั้ง ON Semiconductor (ค้นหาได้ที่นี่: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/SOLDERRM-D.PDF ) นี่เป็นชุดบทความที่รวบรวมเกี่ยวกับข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับความร้อนและการติดตั้งและรวมถึงรอยเท้านับสิบสำหรับประเภทบรรจุภัณฑ์ทั่วไป (รวมถึง SOT-223) นอกจากนี้ยังมีบทความเกี่ยวกับวิธีการเตรียมการติดตั้งฮีทซิงค์ PCB, จาระบีความร้อนและเทคนิคอื่น ๆ ที่ฉันไม่เคยพิจารณามาก่อน เอกสารได้รับการแก้ไขเมื่อเร็ว ๆ นี้กรกฎาคม 2014

ฉันพบว่ามันคุ้มค่าที่จะมองผ่าน