Bagaimana agar regulator linier tetap dingin tanpa heatsink yang sebenarnya?

Saya ingin menggunakan regulator linier untuk beberapa aplikasi, itu dalam paket SOT-223 (bukan SOT-89). Bagaimana saya membuatnya tetap dingin, lebih disukai tanpa heatsink yang besar? Regulator mungkin menghilangkan panas 2-3W. Saya pernah mendengar bahwa Anda dapat menggunakan jejak tembaga di bawah regulator pada PCB agar regulator tetap dingin; apakah ada yang punya referensi tentang ini?

Anda tidak akan bisa membuang panas sebanyak itu hanya dengan jejak tembaga untuk menghilangkan panasnya. (A SOT-89 juga merupakan paket yang sangat kecil, apakah Anda yakin bahwa bagian tertentu dalam paket spesifik tersebut berperingkat 3W?)

Saya menggunakan paket berukuran D-Pak dengan banyak tembaga pada empat lapisan dan array vias untuk mencoba memberi perangkat banyak tembaga untuk pendingin.

Ini bekerja cukup baik untuk beban siklus rendah tetapi tidak bekerja dengan baik untuk aplikasi beban kontinu (ada hambatan termal yang tinggi terhadap udara). Untuk persyaratan disipasi tinggi, Anda perlu sirip dan udara bergerak di atasnya, dan kecuali Anda membuat papan sirkuit berbeda dari yang saya tahu, Anda akan memerlukan pendingin untuk mendapatkan sirip tersebut.

Saya menyadari ini bukan menjawab pertanyaan Anda secara langsung, tetapi sesuatu yang mungkin ingin Anda pertimbangkan.

Alih-alih menghabiskan begitu banyak energi, Anda dapat meletakkan konverter uang sebelum regulator linier Anda. Dapatkan tanggung jawab untuk menghasilkan pada tegangan tepat di atas apa yang dibutuhkan oleh regulator linier Anda.

Ini tidak hanya akan mengurangi jumlah panas yang harus Anda hilangkan, tetapi juga meningkatkan efisiensi desain Anda.

Sejauh heat sink berlangsung, saya cenderung untuk menempatkan beberapa vias langsung ke pesawat tanah saya. Pesawat tanah tampaknya sangat pandai membuang panas. Jika Anda pergi ke papan lapisan 4+ dan memiliki bidang tanah internal maka pembuangan panas tidak akan sebagus ini.

Ini adalah hukum fisika. Anda harus membuang 3W melalui perangkat dengan ketahanan termal yang besar akan ada kenaikan suhu. Menggunakan jejak tembaga dapat menghilangkan panas dari perangkat pemasangan permukaan ke papan sirkuit tercetak. Tapi panas itu masih perlu ditenggelamkan.

Melihat perangkat SOT223, mereka memiliki Rj-a dari 91 K / W yang berarti pada dua hingga tiga watt suhu kenaikan 273 K dapat diharapkan. Ini akan memasak perangkat Anda. Rj-s (persimpangan ke resistansi titik solder) adalah 10 K / W sehingga asalkan papan Anda dapat menghilangkan panas perangkat akan 30 K di atas ambient.

Jika papan Anda dipasang di selungkup logam, Anda dapat dengan sedikit upaya desain, sejajarkan bantalan termal besar pada papan sirkuit dengan pulau-pulau di selungkup logam.

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

Menggunakan bantalan tembaga besar pada setiap lapisan dengan banyak via akan membantu dalam mentransfer panas. Satu-satunya masalah lain adalah menjepit papan sirkuit ke penutup logam dan menerapkan tekanan dan senyawa termal yang cukup sehingga papan dapat melakukan panas ke dalam penutup.

Melakukan ini secara efektif memindahkan panas dari komponen ke papan dan ke dalam selungkup. Jadi enklosur secara efektif menjadi heatsink.

Tanpa heatsink di papan, Anda akan mengurangi Rj-a dari 91 K / W ke nilai yang lebih rendah. Apa nilai ini, Anda perlu menentukan secara eksperimental. Buat papan sirkuit sederhana dengan perangkat yang dipermasalahkan di atasnya, dan bantalan termal pada setiap lapisan dengan vias, lalu tingkatkan jumlah daya yang Anda gunakan melalui perangkat dari kurang dari satu watt dengan lembut menjadi dua / tiga watt dan menggunakan thermocouople , catat suhu di papan dan perangkat. Ini akan memungkinkan Anda menghitung Rj-a perangkat pada papan sirkuit Anda.

Ya, Anda dapat mendinginkan perangkat menggunakan papan. Perhatikan bahwa ini membutuhkan area permukaan yang cukup banyak untuk melakukannya. Jangan berharap bahwa seluruh papan Anda akan memberi komponen efek pendinginan, misalnya jika tabnya ada di permukaan tanah. Satu-satunya area yang efektif adalah antara 6cm hingga 8cm.

Lubang via atau lubang kecil yang biasanya Anda lihat di pesawat itu adalah lubang termal. Di sisi lain papan mungkin ada pesawat tembaga juga. Ini meningkatkan pendinginan termal, tetapi mungkin sulit dibuat saat Anda membuat prototipe papan internal sendiri. Lubang tidak boleh sebesar itu (dalam urutan beberapa persepuluh mm).

Saya telah membuat regulator switching hari lain yang membutuhkan pendinginan juga. Itu dalam casing TO-263, yang sedikit lebih besar. Tapi bagaimanapun, datasheet nasional di halaman 4 dan 5 menetapkan bahwa dengan 1 inci persegi area tembaga saya memiliki ketahanan pendinginan 26C / W. Itu JA, yang tidak terlalu buruk. Jika Anda memisahkan 3W yang akan menambahkan ambient 75C di atas, yang cukup baik. Dalam kasus khusus ini saya membuat PCB pada mesin etsa amatir, jadi saya membuat area dua kali lebih besar karena koneksi solder ke pab lebih sulit dibuat.

Seperti yang dijelaskan dalam Disipasi Daya Profil Rendah , Anda mungkin dapat membuang panas di komponen lain (resistor hulu atau regulator kedua), sehingga regulator Anda tidak perlu membuang terlalu banyak. Anda harus melakukan perhitungan untuk voltase min dan maks serta beban min dan maks yang Anda harapkan.

Ini bisa menjadi sangat brutal dan saya belum melakukan tebakan termal pada kebutuhan Anda, tetapi satu opsi jika ukuran fisik heatsink adalah masalah adalah dengan memasang papan atau area perangkat dengan senyawa yang memiliki ketahanan termal rendah. Saya telah melihat ini dilakukan dengan Araldite tua biasa untuk menyebarkan beban termal. Jika pot dilakukan di dalam kotak logam maka Anda memiliki manfaat dari logam juga. Pikiran Anda - ini membuat pengerjaan ulang sedikit sulit!

Saat meneliti pertanyaan yang sama untuk transistor switching paket SOT-223, saya menemukan Manual Referensi Teknik Pemasangan dan Pemasangan Semikonduktor ON (temukan di sini: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/SOLDERRM-D.PDF ). Ini adalah kumpulan artikel tentang pertimbangan termal dan pemasangan dan mencakup lusinan jejak kaki untuk tipe paket umum (termasuk SOT-223). Ini juga termasuk artikel tentang cara menyiapkan mount heatsink PCB, pelumas termal, dan teknik lain yang belum saya pertimbangkan sebelumnya. Dokumen tersebut baru-baru ini direvisi, Juli 2014.

Saya merasa berharga untuk memeriksa.