Tentukan apakah sasis adalah heatsink yang cocok?

10

Saya mengambil kotak aluminium kecil yang manis untuk proyek DAC bertenaga USB kecil ...

Kotak Proyek

... dan ketika disatukan, saya perhatikan panel samping kotak itu sangat keren untuk disentuh, dan terbuat dari aluminium tebal dengan desain yang tampak menjanjikan:

Dinding Chassis

Saya punya beberapa IC potensial yang mungkin perlu didinginkan, tergantung di mana desain / skematisnya membawa saya, dan saya bertanya-tanya bagaimana mungkin ditentukan apakah panel akan berguna atau tidak sama sekali sebagai heatsink? Saya tidak berharap mereka berfungsi hampir sebaik heatsink yang sebenarnya, tetapi untuk IC yang lebih kecil (pengatur tegangan dan sejenisnya) akan berguna untuk mengetahui opsi yang ada.

Apakah ada cara untuk secara matematis menghitung hambatan termal dari panel seperti ini , atau apakah cara terbaik untuk hanya menjalankan beberapa tes suhu?

heatsink thermal cooling abza
sumber
2
Saat googling "aluminium thermal resistance", hit pertama adalah kalkulator berikut: mustcalculate.com/electronics/thermalresistance.php
Dampmaskin
11
Wow, itu adalah memang "manis kotak aluminium kecil"
pipa
4
Sisi - sisi hitam itu tampak anodized, dicelup hitam. Jika catnya hitam, heatsink tidak akan efektif. Poin lain - konduksi panas dari sisi-ke-depan akan cukup baik - bagaimana perasaan Anda tentang panel depan yang panas?
glen_geek
3
@ laptop2d - Sweet Little Aluminium Boxes International ™! Nah, saya mendapatkannya dari situs web ini - modushop.biz . Mereka adalah perusahaan Italia yang membuat selungkup terutama untuk industri audio DIY.
abza
2
Dengan asumsi Anda bisa mendapatkan panas dari paket ke kotak dengan baik, maka heatsink ke kotak cenderung lebih baik daripada heatsink ke udara di dalam kotak (melalui heatsink bersirip). Meskipun ada lubang.
Jack B

Jawaban:

12

Menggunakan casing sebagai heat-sink adalah metode yang umum namun beberapa hal harus dipahami.

  1. Seperti yang disebutkan Laptop2d, sulit untuk memodelkan karakteristik termal dari case, dan pengukuran eksperimental mungkin lebih bijaksana.

  2. Unit pendingin mengandalkan aliran udara untuk bekerja. Karena pelat-pelat itu rata, ada kemungkinan besar seseorang akan memasang kotak yang ditabrak sesuatu yang diisolasi secara termal ... misalnya, didorong kembali ke drywall. Jika ini untuk sesuatu milik Anda sendiri, dan Anda dapat mengontrol aliran udara, itu mungkin baik-baik saja. Kalau tidak, Anda mungkin perlu menambahkan fitur ke piring untuk mencegah terjadinya dan desain itu berfungsi dalam keadaan kasus terburuk, atau hal-hal mungkin gagal atau bahkan terbakar.

  3. Seberapa panas piring akan menjadi. Meskipun heat-sink mungkin cukup untuk menjaga elektronik Anda bekerja, pelat itu sendiri mungkin sangat panas untuk disentuh, bahkan cukup panas untuk menyebabkan kulit terbakar. Penting bahwa setiap permukaan eksterior dijaga pada suhu yang wajar.

  4. Fisika menentukan bahwa pelat akan mengembang di bawah suhu. Ini dapat menyebabkan efek samping mekanis yang tidak menguntungkan pada beberapa kasus. (maafkan permainan kata-kata ...)

Trevor_G
sumber
2
Bahkan dua permainan kata-kata. Dalam beberapa kasus mungkin ada efek samping pada sisi kasus Anda.
user253751
1
Pendinginan ke sisi kotak dengan konektor adalah cara yang umum untuk mendapatkan aliran udara. Tapi tentu saja ini berarti itu lebih mungkin untuk disentuh sana, mungkin menjatuhkan batas atas suhu dari Aduh ke itu sedikit hangat (batas atas diberikan dalam beberapa standar). Misalnya regulator sering diperlukan di dekat konektor daya, dan melesat ke belakang di mana daya masuk.
Chris H
8

Panel samping Anda adalah contoh klasik dari bentuk radiator paling sederhana - pelat datar. Persamaan sederhana untuk menghitung tahanan termalnya (dalam W / K) adalah: mana:

Rth=3.3λ⋅dC+650SC

dketebalan plat dalam mm,

λ - konduktivitas termal (237 W / mK untuk aluminium),

S - bidang pelat, dalam cm - dalam kasus Anda Anda harus mengasumsikan bahwa hanya satu sisi pelat yang menghilangkan panas,2

CKoefisien - yang bergantung pada permukaan dan posisi pelat: 1,0 untuk pelat mentah horisontal, 0,85 untuk mentah vertikal, 0,50 untuk horizontal menghitam, 0,43 untuk menghitam vertikal.

Tentu saja, seperti yang selalu kita bicarakan perpindahan panas tidak ada satu jawaban sederhana, karena sebagian besar persamaan dalam bidang ini adalah empiris. Untuk (mungkin) solusi yang lebih akurat, lihat misalnya pada artikel ini: http://www.heatsinkcalculator.com/blog/how-to-design-a-flat-plate-heat-sink/

Jakub Rakus
sumber
Pelat tipis adalah penyebar panas yang buruk sehingga menjadikan S sebagai area dari seluruh sisi cenderung optimis untuk satu atau dua komponen (saya membayangkan TO-220 karena mereka mudah untuk digunakan pada casing). Tautan di bagian akhir menjelaskan lebih detail tentang ini.
Chris H
Saya kira alasan saya bertanya justru karena panel tidak rata - mereka memiliki alur yang saya bayangkan dapat membantu memancarkan panas. Apakah ini umumnya hanya masalah menghitung luas permukaan yang sebenarnya diberikan alur dan kemudian memperkirakan ini menjadi piring "datar" berukuran setara?
abza
7

Masalahnya adalah Anda perlu memodelkan seluruh kotak dan udara untuk menghasilkan angka yang masuk akal untuk seberapa banyak panas sasis dapat meredup.

Anda bisa memodelkannya seperti wastafel termal tak terbatas (pada suhu kamar) dan kemudian menggunakan koefisien sambungan termal paket dan ketahanan termal pasta termal atau pad yang akan Anda masukkan ke dalam kotak.

Atau jika rencana membutuhkan banyak panas, kotak tersebut dapat dimodelkan sebagai tahan panas. Aluminium adalah 205,0 W / (m K) tetapi masalahnya adalah udara mengelilingi seluruh kotak sehingga untuk benar-benar memodelkan ini, Anda perlu meringkas semua hambatan termal di berbagai titik karena udara memiliki konduktivitas termal 0,024 W / (m K)

Dari pengalaman mungkin akan lebih mudah untuk memasang resistor ke samping dan mengukurnya.

Lonjakan tegangan
sumber
Temperatur ruang mungkin bukan perkiraan yang bagus untuk daya beberapa Watt. Saya sedang memikirkan lampiran hard-drive eksternal, atau hard drive telanjang 3,5 "yang berjalan di udara terbuka (mungkin sekitar 5 hingga 10W). Bagian luarnya cenderung berada di atas suhu kamar sekitar 10 atau 20 derajat ketika diletakkan di lantai tanpa kipas angin atau jendela terbuka menciptakan aliran udara. (tebakan-tebakan dari memori seberapa panas perasaan mereka; tapi itu konsisten dengan apa yang dikatakan sensor temp internal mereka). Saya kira itu sebabnya Anda menulis paragraf setelah itu, untuk kasus di mana pemanasan sasis adalah tidak dapat diabaikan.: P
Peter Cordes
-2

Chassis mungkin memadai dari sudut pandang termal. Jika Anda mungkin perlu mengisolasi perangkat secara listrik. Bahan seperti Beta Alumina, Mica, Silpad dll adalah isolator listrik dan konduktor panas. Konduktivitas termal yang terbatas akan memberi Anda hukuman termal dibandingkan dengan perbautan logam langsung. Ingat bahwa semikonduktor yang membuang-buang daya digabungkan secara kapasitif dengan kasing meskipun terisolasi secara elektrik. Jika gelombang persegi frekuensi tinggi terlibat, kotak aluminium kecil Anda yang bagus akan menjadi antena yang bagus dan Anda bisa gagal memancarkan EMC. Chassis Heatsinking lebih umum terjadi pada sirkuit linear jadul.

Autis
sumber