Dalam salah satu proyek saya saat ini, saya menggunakan MC7805 dalam paket D2PAK untuk menghasilkan pasokan logika 5 V dari pasokan 24 VDC yang tersedia. Arus yang dibutuhkan oleh rangkaian adalah 250 mA. Ini menghasilkan kekuatan yang hilang dari MC7805 dari:

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

PCB harus dirakit menjadi rumah plastik kecil dengan MC7805 di dalamnya. Susunannya seperti ini:

Jadi heatsink seperti misalnya ini tidak mungkin. Juga perumahan itu sendiri memiliki volume yang cukup kecil dan akan memanas.

Upaya pertama saya untuk memecahkan masalah termal ini adalah dengan menambahkan vias ke pad dan membuat pad yang terbuka di sisi lain dari PCB. Seperti ini saya ingin menghilangkan panas di luar perumahan. Rupanya ini tidak cukup baik sebagai perlindungan overload termal MC7805 yang ditendang setelah sekitar satu menit.

Jadi saya menambahkan heatsink kecil ke pad yang terbuka di bagian belakang PCB dan sekarang tampaknya berfungsi (heat sink masih semakin panas!).

Selain pendekatan coba-coba saya, saya ingin memahami desain termal ini sedikit lebih baik dan mengoptimalkannya (sampai sekarang saya tidak bisa mengatakan apa yang akan menjadi suhu persimpangan, dan karena itu saya tidak tahu seberapa dapat diandalkannya ini menjadi ).

Saya sudah membaca beberapa pertanyaan lain , tapi sejauh ini saya masih belum sepenuhnya jelas (bahkan memikirkan daya seperti arus, suhu sebagai tegangan dan resistor sebagai hambatan termal, desain termal selalu membingungkan saya ...) _

Jadi mengenai desain ini saya akan memiliki beberapa pertanyaan:

• Saat menggunakan vias, pelapisan via adalah melakukan panas, sedangkan udara di dalam lubang via lebih atau kurang mengisolasi. Jadi, jika tidak diisi dengan solder, Anda ingin memaksimalkan area tembaga vias untuk meminimalkan resistansi termal atas ke lapisan bawah. Saat saya menjaga topeng stop solder terbuka, vias harus ditutup dengan pasta solder dan diisi saat kembali menyolder. Untuk meminimalkan resistansi termal antara lapisan atas dan bawah, saya berasumsi bahwa yang terbaik adalah memiliki area 'lubang' sebanyak mungkin. Apakah asumsi ini benar?

• Apakah ada cara 'tidak terlalu rumit' untuk menghitung tahanan termal antara persimpangan dan alas bawah?

• Jika tidak, bisakah saya mengukur hambatan termal ini (dengan sensor suhu?

• Karena bantalan atas dan rumah D2PAK juga akan menghilangkan panas. Dapatkah saya ( mengikuti analogi resistor ) meletakkan ini secara paralel? Bagaimana jaringan resistor termal untuk sistem ini?

Saya ingin lebih mengoptimalkan desain termal ini.

Saya tidak bisa menambah ukuran housing dan PCB.

Saya tidak bisa menambahkan penggemar.

Saya tidak dapat menambah ukuran pad lapisan atas.

Saya telah menambah ukuran bantalan bawah ke maksimum yang dimungkinkan 20 mm x 20 mm (gambar di atas menyebutkan kedua bantalan sebagai 15 mm x 15 mm.

• Apakah Anda melihat hal-hal lebih lanjut yang dapat saya optimalkan?

Ok, pertama saya akan mencoba memberikan primer kecil yang bagus tentang teknik termal, karena Anda mengatakan Anda ingin mendapatkan pegangan yang lebih baik di atasnya. Kedengarannya seperti Anda pada titik di mana Anda memahami istilah, telah melihat beberapa matematika, tetapi pemahaman intuitif sejati belum berkembang, bahwa 'Ah hah!' saat dengan bola lampu padam belum terjadi. Menjadi titik yang sangat membuat frustrasi! Jangan khawatir, Anda akan mendapatkannya jika terus melakukannya.

Bagian terpenting tentang hal termal:

1. Persis seperti listrik satu arah. Jadi mari kita gunakan hukum ohm.

Aliran panas sama seperti aliran arus, hanya tidak ada 'kembali', panas selalu selalu mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Potensi menjadi energi panas, dalam hal ini. Kekuasaan adalah arus kita. Dan, mudahnya, resistansi termal adalah ... resistansi.

Kalau tidak, itu persis sama. Watt adalah amp Anda, arus Anda. Dan memang, ini masuk akal, karena lebih banyak watt berarti lebih banyak aliran panas, bukan? Dan sama seperti tegangan, suhu di sini relatif. Kita tidak berbicara tentang suhu absolut pada titik mana pun, tetapi hanya perbedaan suhu, atau perbedaan potensial, antara hal-hal. Jadi ketika kita mengatakan bahwa ada, katakanlah, potensi suhu 10 ° C, itu berarti satu hal lebih panas 10 ° C daripada hal lain yang sedang kita bicarakan. Temperatur sekitar adalah 'tanah' kami. Jadi, untuk menerjemahkan semua ini menjadi suhu absolut yang nyata, Anda cukup menambahkannya di atas suhu apa pun.

Hal-hal seperti LM7805 Anda yang menghasilkan panas dimodelkan dengan sempurna sebagai sumber arus konstan. Karena daya saat ini, dan itu bertindak seperti perangkat daya konstan, terus-menerus menghasilkan 4.4W panas, jadi itu seperti sumber arus konstan menghasilkan 4.4A. Sama seperti sumber arus konstan, sumber daya konstan akan meningkatkan suhu (seperti tegangan sumber arus konstan) setinggi yang diperlukan untuk mempertahankan arus / daya. Dan apa yang menentukan arus yang akan mengalir? Resistensi termal!

1 ohm benar-benar mengatakan bahwa Anda akan memerlukan 1 volt beda potensial untuk mendorong 1A melaluinya. Demikian juga, sementara unitnya funky (° C / W), hambatan termal mengatakan hal yang sama. 1 ° C / W sama seperti Ω. Anda akan membutuhkan 1 ° C perbedaan suhu untuk mendorong 1 watt 'arus' termal melalui hambatan itu.

Lebih baik lagi, hal-hal seperti penurunan tegangan, rangkaian termal paralel atau seri, semuanya sama. Jika resistansi termal hanya satu bagian dari resistansi termal total yang lebih besar di sepanjang jalur termal Anda ('sirkuit'), maka Anda dapat menemukan 'penurunan tegangan' (kenaikan suhu) di semua resistansi termal dengan cara yang persis sama dengan cara Anda menemukan jatuh tegangan melintasi resistor. Anda dapat menambahkannya untuk seri, 1 / (1 / R1 .... 1 / Rn) seperti yang Anda lakukan untuk resistensi paralel. Semuanya bekerja dan tanpa kecuali.

2. Tetapi butuh waktu untuk hal-hal menjadi panas!

Hukum Ohm sebenarnya bukan hukum, tetapi pada awalnya merupakan model emperikal, dan kemudian disadari hanyalah batas DC dari hukum Kirchoff. Dengan kata lain, hukum ohm hanya berfungsi untuk sirkuit steady state. Ini juga berlaku untuk termal. Semua yang saya tulis di atas hanya valid setelah suatu sistem mencapai keseimbangan. Itu berarti Anda membiarkan semua yang membuang daya (sumber daya 'arus' kami yang konstan) melakukan itu untuk sementara waktu dan semuanya telah mencapai suhu tetap, dan hanya dengan menambah atau mengurangi daya akan suhu relatif apa pun akan berubah.

Ini biasanya tidak terlalu lama, tetapi juga tidak instan. Kita dapat melihat ini dengan cukup jelas hanya karena butuh waktu untuk memanas. Ini dapat dimodelkan sebagai kapasitansi termal. Pada dasarnya, mereka akan membutuhkan waktu untuk 'mengisi daya', dan Anda akan melihat perbedaan suhu yang besar antara benda panas dan yang dingin, hingga mencapai kesetimbangan. Anda dapat menganggap sebagian besar objek sebagai setidaknya dua seri resistor (untuk satu titik kontak termal dan yang lainnya. Bagian atas dan bawah pad Anda, misalnya) dengan kapasitor di antaranya. Ini tidak terlalu relevan atau berguna dalam situasi ini, di mana semua yang kita pedulikan adalah kondisi mapan, tapi saya pikir saya akan menyebutkannya untuk kelengkapan.

3. Kepraktisan

Jika kita menyamakan panas dengan aliran arus listrik, di mana semuanya mengalir juga? Itu mengalir ke lingkungan. Untuk semua maksud dan tujuan, kita biasanya dapat menganggap lingkungan sebagai heatsink raksasa tanpa batas yang akan mempertahankan suhu tetap, tidak peduli berapa banyak watt yang kita dorong ke dalamnya. Tentu saja, ini bukan masalahnya, kamar bisa menjadi panas, komputer pasti bisa memanaskan ruangan. Tetapi dalam kasus 5W, tidak apa-apa.

Hambatan termal dari persimpangan ke case, kemudian case ke pad, pad ke pad di sisi lain PCB, pad bawah ke heatsink, dan akhirnya, heatsink ke udara, membentuk total rangkaian termal kami dan semua hambatan termal ditambahkan up adalah ketahanan termal kami yang sebenarnya. Grafik yang Anda lihat, yang melihat resistensi hanya satu bagian dari sistem, BUKAN total sistem. Dari grafik-grafik itu, Anda akan berpikir bahwa kuadrat tembaga dapat menghilangkan satu watt dan hanya naik 50 ° C. Ini hanya benar jika papan sirkuit magis dan sangat besar dan tidak akan pernah memanas. Persimpangan yang dimaksud akan lebih panas 50 ° dari papan sirkuit, tetapi itu tidak terlalu berguna jika Anda telah memanaskan papan sirkuit hingga 200 ° C. Anda telah melampaui suhu pengoperasian.

Realitas yang tidak menguntungkan adalah bahwa konveksi alami cukup mengerikan dalam hal pendinginan. Heatsink memiliki banyak area permukaan untuk meningkatkan pendinginan konveksi, dan seringkali hitam anodized untuk meningkatkan pendinginan radiatifnya (objek hitam memancarkan panas terbanyak, sedangkan benda mengkilap / reflektif memancar hampir tidak ada. Sama seperti antena, pandai mentransmisikan membuatnya bagus saat menerima, dan itulah sebabnya benda-benda yang lebih gelap menjadi hitam menjadi sangat panas di bawah sinar matahari, dan benda-benda mengkilap hampir tidak menjadi panas sama sekali. Tetapi Anda akan menemukan bahwa sebagian besar heatsink memiliki ketahanan termal yang cukup tinggi untuk konveksi alami. Periksa datasheet, sering resistensi termal heatsink adalah yang untuk CFPM minimum aliran udara tertentu di atas heatsink. Dengan kata lain, saat ada kipas angin bertiup. Konveksi alami akan banyak lebih buruk dalam kinerja termal.

Menjaga resistensi termal antara persimpangan dan heatsink relatif mudah. Solder joins memiliki resistansi termal yang dapat diabaikan (meskipun solder itu sendiri bukan merupakan konduktor panas yang sangat baik, setidaknya dibandingkan dengan tembaga), dan tembaga adalah yang kedua setelah perak (di antara bahan normal, non-eksotik setidaknya. Berlian, graphene dll. lebih konduktif secara termal tetapi juga tidak tersedia di Digikey). Bahkan substrat fiberclass dari papan sirkuit tidak sepenuhnya mengerikan dalam melakukan panas. Itu tidak baik, tapi juga tidak buruk.

Bagian yang sulit sebenarnya membuang panas ke lingkungan. Itu selalu menjadi titik tersedak. Dan mengapa teknik sulit. Secara pribadi, saya mendesain konverter DC / DC berdaya tinggi (antara lain). Efisiensi berhenti menjadi sesuatu yang Anda inginkan, dan menjadi sesuatu yang Anda BUTUHKAN. Anda MEMBUTUHKAN% efisiensi untuk membuat konverter DC / DC sekecil yang diperlukan, karena konverter ini tidak akan bisa melepaskan panas limbah tambahan. Pada titik ini, resistansi termal masing-masing komponen tidak ada artinya, dan mereka semua tergabung erat pada lempengan tembaga. Seluruh modul akan memanas hingga mencapai kesetimbangan. Tidak ada komponen individu yang benar-benar akan memiliki ketahanan termal yang cukup untuk menjadi terlalu panas secara teoritis, tetapi seluruh papan sebagai objek massal dapat memanas sampai desolders sendiri jika bisa '

Dan, seperti yang saya katakan sebelumnya, konveksi alami benar-benar mengerikan dalam hal pendinginan. Ini juga terutama fungsi dari luas permukaan. Jadi sepiring tembaga dan papan sirkuit dengan area sirkuit yang sama akan memiliki resistensi termal yang sangat mirip dengan lingkungan. Tembaga akan membuat panas lebih seragam di seluruh bagiannya, tetapi tidak akan mampu melepaskan lebih banyak watt daripada fiberglass.

Itu datang ke area permukaan. Dan jumlahnya tidak bagus. 1 cm ^ c mewakili sekitar 1000 ° C / W dari tahanan termal. Jadi papan sirkuit yang relatif besar yaitu 100mm x 50 mm akan menjadi 50 kotak, masing-masing satu sentimeter persegi, dan masing-masing memiliki resistansi termal paralel 1000 ° C / W. Jadi papan ini memiliki ketahanan terhadap sekitar 20 ° C / W. Jadi, dalam kasus 4.4W Anda, tidak masalah apa pun yang Anda lakukan di papan tulis, ukuran pad, vias termal, semua itu. 4.4W akan memanaskan papan itu hingga sekitar 88 ° C di atas ambien. Dan tidak ada jalan lain.

Apa yang dilakukan heatsink adalah melipat banyak area permukaan menjadi volume yang kecil, sehingga menggunakan satu akan menurunkan resistansi termal keseluruhan dan semuanya menjadi kurang panas. Tapi semua itu akan memanas. Desain termal yang baik adalah tentang mengarahkan ke mana panas mengalir saat mengeluarkannya dari widget Anda.

Anda telah melakukan pekerjaan yang cukup baik dengan pengaturan heatsink dan enklosur Anda. Tapi, Anda khawatir tentang hal-hal yang salah. Tidak ada cara sederhana untuk menghitung ketahanan termal pad melalui pcb, tetapi hanya membutuhkan sekitar 17% dari area pad yang didedikasikan untuk vias sebelum Anda menekan hasil yang semakin keras. Biasanya menggunakan vias 0.3mm dengan spasi 1mm dan mengisi panel termal seperti itu akan memberi Anda sebaik yang akan Anda dapatkan. Lakukan saja, dan Anda tidak akan punya alasan untuk khawatir tentang nilai sebenarnya. Anda peduli dengan sistem secara keseluruhan, bukan satu persimpangan.

Anda memang memiliki masalah di mana hambatan termal dari persimpangan khusus ke papan sirkuit yang lebih besar dan permukaan yang akan melepaskan panas ke lingkungan terlalu tinggi, sehingga komponen terlalu panas. Entah panasnya tidak bisa menyebar ke seluruh permukaan buangan dengan cukup cepat, atau bisa juga, tetapi tidak ada cukup permukaan untuk membuangnya ke lingkungan dengan cukup cepat. Anda telah membahas kedua kemungkinan dengan memberikan jalur termal impedansi rendah dari LM7805 ke heatsink, yang dengan sendirinya menyediakan lebih banyak area permukaan dan banyak tempat tambahan untuk melepaskan panas.

Enklosur, papan sirkuit, dll. Pada akhirnya tentu akan tetap hangat. Sama seperti arus listrik, ia mengikuti semua jalur yang sebanding dengan hambatan. Dengan memberikan resistansi total yang lebih kecil, LM7805 sebagai sumber 'arus' termal tidak perlu menjadi terlalu panas, dan jalur lain membelah watt ('arus') di antara mereka, dan jalur resistansi terendah (heatsink) akan mendapatkan secara proporsional lebih panas. Anda menjaga semuanya pada suhu yang lebih rendah dengan menyediakan jalur termal preferensial melalui heatsink. Tetapi segala hal lainnya masih akan membantu, dan masih akan menghangat, ke tingkat yang lebih besar atau lebih kecil.

Jadi, untuk menjawab pertanyaan titik peluru khusus Anda : Anda tidak perlu mengukur tahanan termal persimpangan ke alas bawah, dan mengetahui itu bukan informasi yang berguna. Itu tidak akan mengubah apa pun, dan Anda tidak dapat benar-benar meningkatkannya melebihi apa yang Anda miliki.

Menggunakan pengatur linier di mana banyak daya yang dihamburkan adalah keliru. PCB Anda akan menjadi seperti pemanas. Ini berarti bahwa dari daya 5,52 watt hanya 1,15 akan menjadi daya yang berguna yang membawa Anda ke efisiensi 20,8 persen. Yang sangat rendah.

Bisakah Anda membuat efisiensi lebih tinggi? Ya tentu saja. Jika Anda menggunakan sumber 110 / 230VAC Anda dapat menurunkan tegangan dengan transformator ke yang lebih cocok, kemudian mengubahnya menjadi seperti 12VDC dan menggunakannya sebagai input dan kemudian Anda dapat menggunakan 1,15 watt dari 2,76 watt yang membawa Anda efisiensi 41,7 persen. Menurunkan tegangan input membantu. Tentu saja, Anda harus memahami fakta bahwa mereka tidak bisa sangat hemat energi bahkan jika dianggap sebagai regulator tegangan dropout rendah (LDO). Mereka seharusnya melakukan itu karena ada penurunan tegangan pada bagian regulator. Saya akan menggunakan regulator hanya ketika kehilangan energi sangat rendah dan saya ingin beberapa solusi cepat.

Seperti yang saya lihat, saran ini mungkin bukan pilihan karena Anda sudah memiliki sumber 24VDC. Nah, kalau begitu saya akan selalu menyarankan seseorang untuk menggunakan regulator switching. Ada begitu banyak dari mereka yang disediakan oleh banyak produsen - Teknologi Linier, Maksim, TI, dll. Sebagian besar dari mereka memasang beberapa skema yang dapat menjadi panduan yang berguna. Banyak dari mereka bekerja tanpa mengutak-atik. Pastikan bahwa Anda membaca lembar data dengan benar dan menempatkan komponen saat komponen tersebut seharusnya ditempatkan dan Anda mungkin mendapatkan efisiensi 90 persen atau bahkan lebih.

Apakah Anda melihat hal-hal lebih lanjut yang dapat saya optimalkan?

Tanpa terlalu memikirkannya, sekitar 10 11 12 13 terlintas di benak saya.

1. Area Bantalan Termal
2. Persimpangan dengan Pelindung Termal
3. PCB tipis
4. Tembaga atau Perak Diisi Vias
5. Epoksi Termal
6. MCPCB
7. Enkapsulan Termal
8. Tembaga Telanjang
9. Pesawat Penyebar Panas
10. Kasus Emisivitas
11. Lubang Ventilasi
12. Orientasi
13. Switcher
    

Sepertinya Anda mungkin menggunakan On Semi oleh diagram termal yang Anda gunakan.
Saat melihat lembar data, karakteristik apa yang paling penting untuk dilihat?

Untuk perangkat ini ada dua.

Area Bantalan Termal

Pada Semi lebih kecil pada 73% ukuran STS.

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

Persimpangan dengan Pelindung Termal

STS memiliki 40% lebih sedikit Thermal Resistance Junction ke Thermal Pad daripada On-Semi.

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

PCB tipis

Ganda atau Tiga Thermal Via Konduktivitas Termal.

Formula Konduktivitas Termal

d Jarak

Membuat PCB lebih tipis (jarak lebih kecil) dan meningkatkan Konduktivitas Termal dari Thermal Vias.

Ketebalan Laminasi: 0,003 "hingga 0,250"

Ketebalan PCB saat ini 0,062

Tidak ada biaya untuk mengurangi menjadi 0,031, dan Anda menggandakan Konduktivitas Termal Anda.

Bahan 370HR PCB mirip dengan FR4 dengan suhu lebih tinggi tetapi tersedia dalam ketebalan 0,020 dengan biaya yang sangat masuk akal yang akan tiga kali lipat konduktivitas .

Tembaga dan Perak Diisi Vias

Manufaktur PCB telah melakukan pengisian mikro melalui tembaga untuk sementara waktu.
Tembaga berperilaku lebih baik daripada udara.

Tembaga atau perak

Thermal Epoxy Diisi Vias

Jika tembaga tidak berfungsi untuk vendor dan dompet Anda, isi vias dengan epoksi termal standar. Konduktivitas ekspoksi termal meningkat setiap saat.

Isi Non-Konduktif memiliki konduktivitas termal 0,25 W / mK sedangkan pasta Konduktif memiliki konduktivitas termal di mana saja dari 3,5-15 W / mK. Sebaliknya, tembaga yang dilapisi memiliki konduktivitas termal lebih dari 250W / mK.

Enkapsulan Termal

Anda dapat merangkum papan di bahan konduktif termal. Lebih baik daripada udara. Mean Well melakukan ini pada Catu Daya mereka seperti seri HLG mereka.

1. Underfill dan Enkapsulan
2. Perekat Konduktif Termal, (Satu Bagian, atau Dua Bagian)
3. Pelindung dan Pelapisan EMI
4. Perekat Konduktif Listrik atau Termal
5. Perekat atau Gel Non-Sag
6. Perekat Konduktif Listrik, (Epoxy ECA atau Silicone ECA)
7. Epoksi Kinerja Tinggi, mis. Epoksi CTE Rendah
8. Perekat CTE rendah
9. Pelapisan Konformal, atau Pot atau Enkapsulasi
10. Perekat Epoksi untuk Aplikasi Khusus, misalnya Epoksi Optik untuk LED
11. Bahan Pengisi Celah Termal
12. Perekat Konduktif Termal, (Satu Bagian, atau Dua Bagian)
13. RTV Sealants, atau Heat Cure Adhesives & Sealants

MCPCB

PCB Inti Logam

Seseorang menyebutkan Aluminium PCB. Tidak ada yang menyebutkan PCB Tembaga, beberapa pemasok material PCB dari Aluminium juga memasok tembaga sebagai pengganti aluminium.

Tembaga padat

Tembaga Telanjang

Thermal Pad Anda telah dilapisi HASL, mengapa tidak menggunakan tembaga.

Kebanyakan khawatir tentang oksidasi tembaga. Saya suka oksidasi. Panggil aku gila, tapi Emisivitas tembaga hanya sekitar 0,04. Itu untuk tembaga dipoles, tembaga teroksidasi adalah 0,78, sama dengan aluminium teroksidasi.

Hitung berapa banyak pad tembaga akan menghilang.

Masukkan watt komponen, area tembaga mendapatkan suhu.

Pesawat Penyebar Panas

Lapisan internal dapat digunakan dengan dimakamkan melalui untuk membuat bidang penyebaran. Konsep vias termal bergantung pada lapisan internal yang digunakan sebagai penyebar panas

Kasus Emisivitas

Kasing dapat dibuat dari polimer dengan konduksi termal tinggi dan emisivitas tinggi.

Polimer Konduktif Termal

Lubang Ventilasi

Pengeboran lubang di PCB untuk sirkulasi. Lubang ventilasi di kandang.

Orientasi

Kotak Anda terbalik.

Heatsink di bagian bawah adalah yang terburuk. Sisi atau atas jauh lebih baik.

Ini 500 Watt pasif didinginkan perangkat 25,0” L x 15” W x 3” H
Mounted heatsink pada atas perangkat.

Switcher

Ini bukan pekerjaan untuk regulator linier. Anda tidak akan mengalami masalah ini jika menggunakan switcher. Saya akan berpikir seseorang telah meletakkan switcher di kasing berukuran 78xx, atau lebih kecil. Mereka ada di luar sana dan tidak mahal.

SEDERHANA $ 2,00 SWITCHER DENGAN KECIL 10μH Induktor
24V _dalam , 5V _keluar , 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

Kenapa Tidak Ada Kipas?

Tidak ada yang suka penggemar. Mengapa?

Yang ini tidak masuk hitungan ke sepuluh ide saya.

Alasan "konveksi alami benar-benar mengerikan dalam hal pendinginan" adalah karena ia membutuhkan aliran udara. Dan itu tidak perlu banyak. Hanya sedikit aliran udara akan sangat meningkatkan hal-hal.

Jika telah menjalankan beberapa percobaan dengan kipas 30db (A) kecil ini. Salah satunya adalah 4,5 cfm, 0,32 Watt, dan diameter 40mm dan lainnya 13,2 cfm, 0,34 watt, dan diameter 60mm.

Menjalankan LED dengan daya 20 watt, kipas 13,2 cfm

61.2 ° C vs. 44.6 ° C dengan kipas angin

Saya sedang menguji kipas di atas dengan LED 90 Watt. Kasihan, bantalan koneksi telah mencair dua kali sejauh ini. Hal telah melalui Neraka, dimulai dalam kehidupan sebagai 80 Watt. Digunakan dan disalahgunakan.

LED dipasang ke batang tembaga 1 "x 0,125" x 12 ".

Saya akan meletakkan kipas di bagian belakang batang tembaga di atas LED.

Benda berwarna mustard itu adalah termometer.

Catu daya itu adalah salah satu dari yang dikemas dengan epoksi termal. Yang naik hingga 600 Watt, tanpa kipas. Garansi 7 tahun.

BTW saya mencoba berbagai termistor dan saya suka kaca Vishay NTCLG yang dienkapsulasi.

Dalam foto kedua dengan LED ada lingkaran merah, ada termistor jelek di sana, tetapi lingkaran untuk menunjukkan pad termal untuk Phillips Luxeon Rebel LED. LED yang dipasang di papan itu adalah Cree XPE. Di bawah lingkaran adalah Luxeon, dalam kondisi yang sangat menyedihkan, membakar korban.

Sekarang termal ini melalui ke sisi berlawanan dari konsep papan tidak bekerja untuk saya. Inilah yang direkomendasikan setiap produsen LED. Saya tidak suka diberitahu apa yang harus dilakukan.

Seperti yang Anda lihat, saya melakukannya.

Thermal vias pada PCB (lingkaran biru)

Ini adalah seberapa baik mereka melalui termal.

Baris terakhir menjelaskan semuanya. 375 mA dan 129 ° C.

Kolom sian adalah radiasi aktif fotosintesis. Efisiensi terbaik adalah di mana suhu sekitar 45-50 ° C pada 3,5 PAR / Watt, tetapi hanya pada 100mA yaitu 1/10 peringkat 1 Amp. Jadi vias termal tidak akan memotongnya.

DI SINI DI MANA SAYA AKAN PERGI DENGAN SEMUA YANG

Jalan perlawanan paling tidak adalah TIDAK melalui bagian belakang papan.

PCB tipis (0,31) dan sulit dilihat di bawah bilah tembaga. Sekrup melewati pegangan besar di pad termal.

Panel termal LED disolder ke sisi atas, dengan banyak tembaga. Resistensi termal dari pad tembaga 2-4oz jauh lebih sedikit daripada melewati FR4 dengan vias termal.

Jadi saya memasang PCB ke batang tembaga. Batang tembaga yang digambarkan di sini adalah 0,62 "tebal dan lebar 0,5". Saya memiliki banyak varietas dengan dan ketebalan yang telah saya uji.

Ini adalah Cree XP-E Deep Photo Red 655nm.

Tidak berhenti di situ.

Yang ini dengan Luxeon Rebel ES Royal Blue 450nm LED memiliki bar tebal 0,125 ".

JALAN KETAHANAN TERAKHIR ADALAH ...

Jadi jalan perlawanan paling tidak adalah

• dari pad termal LED
• ke pad PCB theraml
• ke bar tembaga
• ke pipa tembaga bundar

Ya pipa tembaga, pipa air 1/2 ".

Link terlemah adalah pad tembaga PCB. Itu tipis

Di sebelah kanan pipa tembaga ada tabung yang dipompa dengan air.

Menara Air

Riser di sebelah kanan berisi tabung yang memompa air dari reservoir bawah ke tangki air di atas.

Apakah itu sepadan?

Ketika papan yang terbakar (129 ° C) pada 350mA berjalan pada 700mA (Imax) dan kondensasi terbentuk di atasnya, saya pikir itu layak.

Ambient 23 ° C, 30 Watt PCB, suhu casing LED 21 ° C

Analisis Anda tentang konfigurasi termal tampaknya sedikit tidak lengkap - terutama dalam hal antarmuka tembaga-udara.

Anda dapat menangani masalah yang mirip dengan pembagi resistif. Sambungan ke udara Anda adalah tegangan (katakanlah 70) dan arus adalah kekuatan yang harus Anda hilangkan (4,5). Total solusi termal Anda perlu memberikan 15 derajat / watt atau kurang. Ini adalah total semua bagian dalam seri, junction-copper1, copper1-copper2, copper2-air.

Seperti yang dapat Anda lihat dari gambar yang Anda kutip, perangkat pada pesawat tembaga sederhana akan kesulitan untuk beroperasi di atas 3W (bahkan dengan pesawat yang lebih besar) saat aliran panas melintasi pesawat mulai menjadi signifikan. Menghitung ini tidak sepele.

Dalam skenario Anda, hanya sisi belakang PCB yang efektif dalam menghilangkan panas (sisi atas mungkin memerlukan waktu beberapa saat untuk mencapai kesetimbangan, tetapi kemudian berhenti menyerap energi). Pertimbangkan saja sisi belakang. Mungkin 0,5 W akan melewati penutup (lihat ini sebagai jaringan paralel) tetapi resistansi akan tinggi, dan semua komponen Anda akan tetap hangat.

Anda sudah dapat melihat bahwa Anda perlu mencapai yang lebih baik dari 15 derajat / watt untuk heatsink. Mungkin 10 derajat / watt akan menjadi titik awal jari-di-udara yang bagus untuk menemukan kira-kira apa artinya radiator pasif (dan aliran udara konvektif apa pun dapat membuat perbedaan). Sudah, ini menyiratkan permukaan heatsink yang bersuhu 45 derajat di atas ambien.

Untuk menilai efektivitas pad via Anda, Anda benar-benar perlu mengukur penurunan suhu antara kedua sisi PCB. Ini bisa berada di tepi bantalan yang terbuka, tetapi kemungkinannya jauh lebih sedikit daripada resistansi termal heatsink. Jika Anda bertujuan untuk tingkat daya mungkin 2W, itu akan lebih signifikan dalam hasilnya, tetapi Anda sudah tahu bahwa Anda memerlukan semacam heatsink.

Satu kesalahan umum yang dilakukan orang - mereka tidak mensimulasikan atau melihat simulasi orang lain. Setiap desain berdasarkan konduksi panas tembaga PCB terbatas pada sekitar 2 W dalam kasus terbaik. Ini karena penampang tembaga sangat kecil. Dalam simulasi itu terlihat seperti titik panas di sekitar elemen panas meskipun bantalan tembaga besar dengan banyak vias.

Saya dapat menyarankan untuk mengambil beberapa produk pendingin, atau pergi ke aluminium (papan inti logam) PCB. Dalam setiap kasus, strateginya adalah memaksimalkan area kontak udara, dan pada saat yang sama mengurangi "ketahanan panas" (sebenarnya meningkatkan konduktivitas panas) antara persimpangan dan setiap titik radiator.

Karena Anda telah menggabungkan banyak pertanyaan ke dalam satu posting, dan yang lainnya telah menjawab pertanyaan Anda yang lain, saya hanya akan memberikan jawaban parsial.

Jika tidak, bisakah saya mengukur hambatan termal ini (dengan sensor suhu?

Anda tahu panas mengalir melalui antarmuka (~ 4.4 W). Seperti jawaban lain, jika Anda menunggu sistem untuk menyeimbangkan, panas yang keluar melalui sisi atas PCB akan cukup rendah.

$\Delta{}T$

Sekarang Anda dapat memperkirakan, setidaknya secara kasar, hambatan termal papan dengan membagi satu dengan yang lainnya.

Karena Anda sudah memiliki jawaban untuk pertanyaan Anda, saya ingin menyarankan "praktis" solusi .
Tempatkan regulator di luar rumah plastik. Dengan cara ini, panas yang dihasilkan tidak akan mempengaruhi komponen di dalam wadah plastik dan dapat lebih mudah hilang - karena memiliki lebih sedikit "penghalang" untuk dilewati.