In uno dei miei progetti attuali sto usando un MC7805 in un pacchetto D2PAK per generare la mia alimentazione logica di 5 V da un'alimentazione disponibile a 24 V CC. La corrente richiesta dal circuito è di 250 mA. Ciò si traduce in una potenza dissipata dell'MC7805 di:

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

Il PCB deve essere assemblato in un piccolo alloggiamento di plastica con l'MC7805 all'interno. La disposizione è così:

Quindi i dissipatori di calore come ad esempio questi non sono possibili. Anche l'alloggiamento stesso ha un volume piuttosto piccolo e si riscalderebbe.

Il mio primo tentativo di risolvere questo problema termico è stato quello di aggiungere via al pad e creare un pad esposto sull'altro lato del PCB. In questo modo voglio dissipare il calore all'esterno dell'alloggiamento. Apparentemente questo non era abbastanza buono poiché la protezione da sovraccarico termico dell'MC7805 è intervenuta dopo circa un minuto.

Quindi ho aggiunto un piccolo dissipatore di calore al pad esposto sul retro del PCB e ora sembra funzionare (il dissipatore di calore sta ancora diventando piuttosto caldo!).

Oltre al mio approccio di prova ed errore, vorrei capire un po 'meglio questo progetto termico e ottimizzarlo (per ora non posso dire quale sarebbe la temperatura della giunzione, e quindi non so quanto sarebbe affidabile ).

Ho già letto un paio di altre domande , ma finora non sono ancora del tutto chiaro (anche pensando a potenza come corrente, temperatura come tensione e resistori come resistenza termica, il design termico mi ha sempre sconcertato ...) _

Quindi per quanto riguarda questo design avrei un paio di domande:

• Quando si usano le vie, la placcatura della via conduce il calore, mentre l'aria nel foro passante è più o meno isolante. Quindi, se non riempito con saldatura, si desidera massimizzare l'area di rame delle vie al fine di ridurre al minimo la resistenza termica dall'alto verso il basso. Mentre tenevo aperta la maschera di arresto della saldatura, i viali devono essere coperti di pasta di saldatura e riempiti durante il riflusso della saldatura. Per ridurre al minimo la resistenza termica tra lo strato superiore e inferiore, suppongo che sarebbe meglio avere il maggior numero di 'fori' possibile. È giusto questo presupposto?

• Esiste un modo "non incredibilmente complicato" per calcolare la resistenza termica tra giunzione e fondello?

• In caso contrario, posso in qualche modo misurare questa resistenza termica (con un sensore di temperatura?

• Poiché il pad superiore e l'alloggiamento D2PAK dissiperanno anche un po 'di calore. Posso ( seguendo l'analogia della resistenza ) metterli in parallelo? Come sarebbe la rete di resistori termici per questo sistema?

Vorrei ottimizzare ulteriormente questo design termico.

Non riesco ad aumentare le dimensioni dell'alloggiamento e del PCB.

Non riesco ad aggiungere un fan.

Non riesco ad aumentare le dimensioni del pad di livello superiore.

Ho già aumentato le dimensioni del pad inferiore al massimo possibile di 20 mm x 20 mm (sopra l'immagine menziona entrambi i pad come 15 mm x 15 mm.

• Vedi altre cose che potrei ottimizzare?

Ok, per prima cosa cercherò di fare un piccolo approfondimento sull'ingegneria termica, dal momento che dici di volerci occupare meglio. Sembra che tu sia a quel punto in cui capisci i termini, hai visto un po 'di matematica, ma una vera comprensione intuitiva deve ancora svilupparsi, che "Ah ah!" momento con la lampadina spenta non è ancora accaduto. È un punto molto frustrante per essere a! Non preoccuparti, lo otterrai se continui a farlo.

La parte più importante delle cose termiche:

1. È esattamente come l'elettricità unidirezionale. Quindi usiamo la legge di Ohm.

Il flusso di calore è proprio come il flusso di corrente, solo che non c'è "ritorno", il calore scorre sempre sempre da un potenziale superiore a un potenziale inferiore. Potenziale essere l'energia termica, in questo caso. Il potere è la nostra corrente. E, convenientemente, la resistenza termica è ... resistenza.

Altrimenti, è esattamente lo stesso. I watt sono i tuoi amplificatori, la tua corrente. E in effetti, questo ha senso, poiché più watt significa più flusso di calore, giusto? E proprio come la tensione, la temperatura qui è relativa. Non stiamo parlando della temperatura assoluta in nessun punto, ma solo della differenza di temperatura, o potenziale differenza, tra le cose. Quindi quando diciamo che esiste, diciamo, un potenziale di temperatura di 10 ° C, ciò significa semplicemente che una cosa è 10 ° C più calda dell'altra cosa di cui stiamo parlando. La temperatura ambiente è il nostro "terreno". Quindi, per tradurre tutto questo in temperature assolute reali, è sufficiente aggiungerlo sopra qualunque sia la temperatura ambiente.

Cose come il tuo LM7805 che producono calore sono perfettamente modellate come fonti di corrente costanti. Perché la corrente è corrente e si comporta come un dispositivo di potenza costante, generando costantemente 4,4 W di calore, quindi è come una fonte di corrente costante che genera 4,4 A. Proprio come le fonti di corrente costante, una fonte di alimentazione costante aumenterà la temperatura (come la tensione di una fonte di corrente costante) tanto elevata quanto è necessario per mantenere la corrente / potenza. E cosa determina la corrente che fluirà? Resistenza termica!

1 ohm sta davvero dicendo che avrai bisogno di 1 volt di differenza di potenziale per spingere 1A attraverso di essa. Allo stesso modo, mentre le unità sono funky (° C / W), la resistenza termica dice lo stesso. 1 ° C / W è proprio come uno Ω. Avrai bisogno di 1 ° C di differenza di temperatura per spingere 1 watt di "corrente" termica attraverso quella resistenza.

Meglio ancora, cose come cadute di tensione, circuiti termici paralleli o in serie, è lo stesso. Se una resistenza termica è solo una parte di una maggiore resistenza termica totale lungo il percorso termico ("circuito"), è possibile trovare la "caduta di tensione" (aumento della temperatura) attraverso qualsiasi resistenza termica esattamente nello stesso modo in cui si trova caduta di tensione attraverso un resistore. Puoi aggiungerli per le serie, 1 / (1 / R1 .... 1 / Rn) proprio come faresti per le resistenze parallele. Funziona tutto e senza eccezioni.

2. Ma ci vuole tempo perché le cose si surriscaldino!

La legge di Ohm non è in realtà una legge, ma era in origine un modello imperiale, e in seguito si rese conto che era solo il limite DC della legge di Kirchoff. In altre parole, la legge di Ohm funziona solo per circuiti a stato stazionario. Questo vale anche per i termici. Tutto ciò che ho scritto sopra è valido solo quando un sistema ha raggiunto l'equilibrio. Ciò significa che hai lasciato tutto ciò che sta dissipando energia (le nostre fonti di energia "attuali" costanti) per un po 'e quindi tutto ha raggiunto una temperatura fissa, e solo aumentando o diminuendo la potenza cambierà la temperatura relativa di qualsiasi cosa.

Questo di solito non richiede troppo tempo, ma non è nemmeno istantaneo. Possiamo vederlo abbastanza chiaramente semplicemente perché le cose richiedono tempo per riscaldarsi. Questo può essere modellato come capacità termica. Fondamentalmente, ci vorrà del tempo per "caricarsi" e vedrai una grande differenza di temperatura tra un oggetto caldo e uno freddo, fino a raggiungere l'equilibrio. Puoi pensare alla maggior parte degli oggetti come almeno due resistori in serie (per un punto di contatto termico e l'altro. La parte superiore e inferiore del pad, ad esempio) con un condensatore in mezzo. Ciò non è particolarmente rilevante o utile in questa situazione, in cui tutto ciò che ci interessa è lo stato stazionario, ma ho pensato di menzionarlo per completezza.

3. Praticità

Se stiamo equiparando il calore al flusso di corrente elettrica, dove scorre anche tutto questo? Sta fluendo nell'ambiente. A tutti gli effetti, di solito possiamo pensare all'ambiente come a un gigantesco dissipatore di calore infinito che manterrà una temperatura fissa, indipendentemente da quanti watt ci spingiamo dentro. Certo, non è proprio così, le stanze possono surriscaldarsi, un computer può sicuramente riscaldare una stanza. Ma nel caso di 5W, va bene.

La resistenza termica della giunzione al case, quindi case al pad, pad al pad sull'altro lato del pcb, pad inferiore al dissipatore di calore, e infine, dissipatore di calore all'aria, formano il nostro circuito termico totale e tutte quelle resistenze termiche aggiunte su è la nostra vera resistenza termica. Quei grafici che stai guardando, quelli stanno guardando le resistenze di un solo pezzo del sistema, NON il sistema totale. Da quei grafici, penseresti che un quadrato di rame potrebbe dissipare un watt e aumentare solo di 50 ° C. Questo è vero solo se il circuito stampato è magico e infinitamente grande e non si scalda mai. La giunzione in questione sarà più calda di 50 ° rispetto al circuito, ma non è molto utile se il circuito è riscaldato a 200 ° C. Hai superato la temperatura di funzionamento in entrambi i modi.

La sfortunata realtà è che la convezione naturale è piuttosto terribile nel raffreddare le cose. I dissipatori di calore hanno molte superfici per aumentare il raffreddamento per convezione e sono spesso anodizzati neri per aumentare il loro raffreddamento radiativo (gli oggetti neri irradiano più calore, mentre gli oggetti lucidi / riflettenti emettono quasi nessuno. Proprio come un'antenna, essere bravo a trasmettere lo rende buono a ricevere, ed è per questo che le cose più scure al nero diventano così calde al sole e le cose luccicanti non si surriscaldano affatto. Funziona in entrambi i modi). Ma scoprirai che la maggior parte dei dissipatori ha una resistenza termica piuttosto elevata per convezione naturale. Controllare la scheda tecnica, spesso le resistenze termiche dei dissipatori sono quelle per un certo CFPM minimo del flusso d'aria sul dissipatore. In altre parole, quando c'è un ventilatore che soffia aria. La convezione naturale sarà molto peggiore nelle prestazioni termiche.

Mantenere le resistenze termiche tra la giunzione e il dissipatore di calore è relativamente semplice. I giunti di saldatura hanno una resistenza termica trascurabile (sebbene la saldatura stessa non sia un ottimo conduttore di calore, almeno rispetto al rame), e il rame è secondo solo all'argento (almeno tra i materiali normali e non esotici. Diamante, grafene ecc. Sono più termicamente conduttivo ma anche non disponibile su Digikey). Anche il substrato in fibra di vetro di un circuito non è del tutto terribile nel condurre il calore. Non è buono, ma non è neanche terribile.

La parte difficile in realtà sta dissipando il calore nell'ambiente. Questo è sempre il punto di soffocamento. E perché l'ingegneria è difficile. Personalmente, progetto convertitori DC / DC ad alta potenza (tra le altre cose). L'efficienza smette di essere qualcosa che desideri e diventa qualcosa di cui AVETE BISOGNO. È NECESSARIO% di efficienza per rendere un convertitore CC / CC piccolo quanto deve essere, perché semplicemente non sarà in grado di dissipare il calore residuo. A questo punto, le resistenze termiche dei singoli componenti sono prive di significato e sono comunque strettamente accoppiate su una lastra di rame. L'intero modulo si surriscalda fino a raggiungere l'equilibrio. Nessun singolo componente avrà effettivamente una resistenza termica sufficiente per surriscaldarsi teoricamente, ma l'intera scheda come oggetto sfuso può riscaldarsi fino a quando non si dissalda se può '

E, come ho detto prima, la convezione naturale è davvero terribile nel raffreddare le cose. È anche principalmente una funzione della superficie. Quindi una piastra di rame e un circuito stampato con la stessa area circuitale avranno resistenze termiche molto simili all'ambiente. Il rame renderà il calore più uniforme su di esso, ma non sarà in grado di perdere più watt rispetto alla fibra di vetro.

Si riduce alla superficie. E i numeri non sono buoni. 1 cm ^ c rappresenta circa 1000 ° C / W di resistenza termica. Quindi un circuito relativamente grande che è 100 mm x 50 mm sarà di 50 quadrati, ciascuno di un centimetro quadrato e ciascuno una resistenza termica parallela di 1000 ° C / W. Quindi questa scheda ha una resistenza all'ambiente di 20 ° C / W. Quindi, nel caso di 4,4 W, non importa cosa fai sulla scheda, dimensioni del pad, via termica, niente di tutto ciò. 4.4W sta per riscaldare quella scheda a circa 88 ° C sopra l'ambiente. E non c'è modo di aggirarlo.

Quello che fanno i dissipatori di calore è piegare molta superficie in un piccolo volume, quindi l'utilizzo di uno riduce la resistenza termica complessiva e tutto diventa meno caldo. Ma tutto si scalda. Una buona progettazione termica riguarda tanto la direzione del flusso di calore quanto la sua rimozione dal widget.

Hai fatto un ottimo lavoro con il tuo dissipatore di calore e la configurazione del contenitore. Ma sei preoccupato per le cose sbagliate. Non esiste un modo semplice per calcolare la resistenza termica del pad attraverso il pcb, ma richiede solo circa il 17% dell'area di un pad dedicata ai via prima che colpisca duramente i rendimenti decrescenti. Di solito, utilizzare vie da 0,3 mm con spaziatura di 1 mm e riempire il pad termico in questo modo ti darà il massimo. Fallo e non avrai motivo di preoccuparti del valore reale. Ti preoccupi del sistema nel suo insieme, non di una giunzione.

Si è verificato un problema a causa del quale la resistenza termica dalla giunzione in particolare al circuito più grande e alle superfici che disperdevano il calore nell'ambiente era troppo elevata, quindi il componente si è surriscaldato. O il calore non poteva diffondersi abbastanza rapidamente sul resto della superficie di dissipazione, oppure poteva farlo, ma non c'era abbastanza superficie per dissiparlo nell'ambiente abbastanza rapidamente. Hai affrontato entrambe le possibilità fornendo un percorso termico a bassa impedenza dall'LM7805 al dissipatore di calore, che a sua volta fornisce più area superficiale e molti luoghi extra per far fuoriuscire il calore.

L'involucro, il circuito, ecc. Ovviamente alla fine si surriscalderanno. Proprio come la corrente elettrica, segue tutti i percorsi proporzionali alla resistenza. Fornendo una resistenza totale inferiore, l'LM7805 come sorgente di 'corrente' termica non deve essere così calda, e gli altri percorsi dividono la potenza ('corrente') tra loro e il percorso di resistenza più basso (il dissipatore di calore) otterrà proporzionalmente più caldo. Stai mantenendo tutto il resto a una temperatura più bassa fornendo un percorso termico preferenziale attraverso il dissipatore di calore. Ma tutto il resto sarà ancora di aiuto, e continuerà a riscaldarsi, in misura maggiore o minore.

Pertanto, per rispondere a domande specifiche relative ai punti elenco: non è necessario misurare la resistenza termica della giunzione con il fondello e sapere che non sono informazioni utili. Non cambierà nulla e non puoi davvero migliorarlo oltre quello che hai comunque.

L'uso di un regolatore lineare in cui viene dissipata una tale potenza è sconsigliato. Il tuo PCB sarà come un riscaldatore. Ciò significa che da 5,52 watt di potenza solo 1,15 sarà una potenza utile che ti porterà al 20,8 percento di efficienza. Che è spaventosamente basso.

Puoi aumentare l'efficienza? Sì, naturalmente. Se si utilizzava una sorgente a 110/230 V CA, è possibile ridurre la tensione con il trasformatore in uno più adatto, successivamente convertirlo in simile a 12 V CC e utilizzarlo come ingresso e quindi è possibile utilizzare 1,15 watt da 2,76 watt che offre un'efficienza del 41,7%. La riduzione della tensione di ingresso aiuta. Ovviamente, devi capire che non possono essere molto efficaci dal punto di vista energetico anche se considerati regolatori di tensione a bassa caduta di tensione (LDO). Dovrebbero farlo perché c'è una caduta di tensione su parti del regolatore. Userei il regolatore solo quando la perdita di energia è davvero bassa e vorrei una soluzione rapida.

Come vedo, questo suggerimento probabilmente non è un'opzione in quanto hai già una sorgente 24VDC. Bene, allora suggerirei sempre uno di usare i regolatori di commutazione. Ce ne sono tanti forniti da molti produttori: Linear Technology, Maxxim, TI, ecc. La maggior parte di essi collega alcuni schemi che possono essere una guida utile. Molti di loro lavorano senza ulteriori modifiche. Assicurati solo di leggere correttamente i fogli di dati e posizionare i componenti quando si suppone che vengano posizionati e potresti ottenere un'efficienza del 90 percento o anche di più.

Vedi altre cose che potrei ottimizzare?

Senza pensarci troppo, mi sono venute in mente circa 10 11 12 13.

1. Area pad termico
2. Giunzione a resistenza termica custodia
3. PCB sottile
4. Vias riempito di rame o argento
5. Epossidico termico
6. MCPCB
7. Incapsulanti termici
8. Rame nudo
9. Aerei a diffusione di calore
10. Emissività del caso
11. Fori di sfiato
12. Orientamento
13. Interruttore
    

Sembra che tu stia usando On Semi dal diagramma termico che hai usato.
Quando si guarda la scheda tecnica quali sono le caratteristiche più importanti da guardare?

Per questo dispositivo ce ne sono due.

Area pad termico

Su Semi era più piccolo del 73% delle dimensioni di STS.

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

Giunzione a resistenza termica custodia

STS aveva una giunzione di resistenza termica del 40% in meno rispetto al cuscinetto termico rispetto all'On -Semi.

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

PCB sottile

Conducibilità termica facilmente doppia o tripla termica.

Formula di conducibilità termica

d Distanza

Ridurre il PCB (distanza inferiore) e aumentare la conduttività termica della polarizzazione.

Spessore laminato: da 0,003 "a 0,250"

Spessore corrente PCB 0,062

Ridurre a 0,031 non costa nulla e raddoppi la conduttività termica.

Il materiale PCB 370HR è simile a FR4 con una temperatura più elevata ma è disponibile con uno spessore di 0,020 a una carica molto ragionevole che triplicherà la conduttività .

Vias riempito di rame e argento

I produttori di PCB producono micro-rame riempito da tempo.
Il rame conduce meglio dell'aria.

Rame o argento

Vias riempito con resina epossidica termica

Se il rame non funziona per il fornitore e il portafoglio, riempire i viali con resina epossidica termica standard. La conduttività della resina epossidica termica migliora continuamente.

Il riempimento non conduttivo ha una conduttività termica di 0,25 W / mK mentre le paste conduttive hanno una conduttività termica compresa tra 3,5 e 15 W / mK. Al contrario, il rame elettrolitico ha una conduttività termica superiore a 250 W / mK.

Incapsulanti termici

È possibile incapsulare la scheda in materiali termicamente conduttivi. Meglio dell'aria. Mean Well fa questo ai loro alimentatori come la loro serie HLG.

1. Underfill and Encapsulants
2. Adesivi termicamente conduttivi, (una parte o due parti)
3. Schermatura e rivestimento EMI
4. Adesivi elettricamente o termicamente conduttivi
5. Adesivi o gel anti-sag
6. Adesivi elettricamente conduttivi, (resina epossidica ECA o silicone ECA)
7. Epossidico ad alte prestazioni, ad es. Epossidico a basso CTE
8. Adesivi a basso CTE
9. Rivestimento conforme, invasatura o incapsulamento
10. Adesivi epossidici per applicazioni speciali, ad es. Epossidico ottico per LED
11. Materiale di riempimento a gap termico
12. Adesivi termicamente conduttivi, (una parte o due parti)
13. Sigillanti RTV o adesivi e sigillanti per cure termiche

MCPCB

PCB con anima in metallo

Qualcuno ha menzionato PCB in alluminio. Nessuno ha menzionato PCB in rame, alcuni dei fornitori di materiale PCB in alluminio forniscono anche rame al posto dell'alluminio.

Rame solido

Rame nudo

Il tuo pad termico è rivestito in HASL, perché non rame nudo.

La maggior parte si preoccupa dell'ossidazione del rame. A me piace l'ossidazione. Chiamami pazzo ma l'emissività del rame è solo di circa 0,04. Questo è per il rame lucido, il rame ossidato è 0,78, lo stesso dell'alluminio ossidato.

Calcola quanto dissiperà un pad di rame.

Immettere la potenza del componente, l'area del rame ottiene la temperatura.

Aerei a diffusione di calore

I livelli interni possono essere usati con sepolti via per creare piani di diffusione. Il concetto di via termica si basa sugli strati interni utilizzati come diffusori di calore

Emissività del caso

La custodia potrebbe essere realizzata con un polimero ad alta conduzione termica ed elevata emissività.

Polimeri termicamente conduttivi

Fori di sfiato

Praticare fori nel circuito stampato per la circolazione. Fori di sfiato nel contenitore.

Orientamento

La tua scatola è sottosopra.

I dissipatori di calore sul fondo sono i peggiori. Lato o parte superiore molto meglio.

Questo dispositivo da 500 Watt con raffreddamento passivo da 25,0 "L x 15" W x 3 "H ha
montato il dissipatore di calore sulla parte superiore del dispositivo.

Interruttore

Questo non era un lavoro per un regolatore lineare. Non avresti questi problemi se avessi usato uno switcher. Penso che qualcuno abbia inserito uno switcher in un case di dimensioni 78xx o più piccolo. Sono là fuori e poco costosi.

INTERRUTTORE SEMPLICE $ 2,00 CON PICCOLO induttore 10µH 24V _in entrata , 5V in _uscita , 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

Perché nessun fan?

A nessuno piacciono i fan. Perché?

Questo non conta per le mie dieci idee.

Il motivo "la convezione naturale è davvero terribile nel raffreddare le cose" è perché ha bisogno del flusso d'aria. E non ha bisogno di molto. Solo un piccolo flusso d'aria migliorerà notevolmente le cose.

Se stavo facendo alcuni esperimenti con questi piccoli fan da 30db (A). Uno è 4,5 cfm, 0,32 watt e 40 mm di diametro e l'altro 13,2 cfm, 0,34 watt e 60 mm di diametro.

Esecuzione del LED a 20 watt, ventola da 13,2 cfm

61,2 ° C contro 44,6 ° C con ventola

Stavo testando la ventola sopra con un LED da 90 Watt. Poverino, i pad di connessione si sono sciolti due volte finora. La cosa è passata attraverso l'inferno, iniziata nella vita come 80 Watt. Usato e abusato.

Il LED è montato su una barra di rame 1 "x 0,125" x 12 ".

Poserei la ventola sul retro della barra di rame sopra il LED.

Quella cosa color senape è un termometro.

Tale alimentatore è uno di quelli incapsulati con resina epossidica termica. L'aumento fino a 600 watt, nessun fan. 7 anni di garanzia.

A proposito ho provato vari termistori e mi piace il vetro Vishay NTCLG incapsulato.

Nella seconda foto con il LED c'è un cerchio rosso, c'è un brutto termistore lì, ma è un cerchio che indica il pad termico per un LED Phillips Luxeon Rebel. I LED montati su quella scheda sono Cree XPE. Sotto il cerchio c'è un Luxeon, in forma molto triste, che brucia vittima.

Ora questa termica attraverso il lato opposto del concetto di scheda non funziona per me. Questo è ciò che consiglia ogni produttore di LED. Non mi piace sentirmi dire cosa fare.

Come puoi vedere, l'ho fatto comunque.

I via termici sul PCB (cerchio blu)

Questo è quanto bene hanno fatto quelle termiche.

L'ultima riga spiega tutto. 375 mA e 129 ° C.

La colonna ciano è una radiazione fotosintetica attiva. La migliore efficienza era dove la temperatura era di circa 45-50 ° C a 3,5 PAR / Watt, ma solo a 100 mA che è 1/10 della potenza di 1 Amp. Quindi i via termici non lo taglieranno.

QUI È DOVE STAVO ANDANDO CON TUTTO QUELLO

Il percorso di minor resistenza NON è attraverso il retro della scheda.

Il PCB è sottile (0,31) e difficile da vedere sotto la barra di rame. Le viti passano attraverso le grandi prese nel cuscinetto termico.

Il pad termico a LED è saldato sul lato superiore, con abbondante rame. La resistenza termica di un pad in rame da 2 a 4 once è molto inferiore a quella di passare attraverso FR4 con via termica.

Quindi monto il PCB su una barra di rame. La barra di rame qui raffigurata ha uno spessore di 0,62 "e una larghezza di 0,5". Ho molte varietà di con e spessore che ho testato.

Questi sono Cree XP-E Deep Photo Red 655nm.

Non si ferma qui.

Questo con LED Luxeon Rebel ES Royal Blue 450nm ha una barra spessa 0,125 ".

IL PERCORSO DELLA MINIMA RESISTENZA È ...

Quindi il percorso di minor resistenza è

• dal pad termico a LED
• al pad del circuito stampato
• alla barra di rame
• al tubo tondo di rame

Sì tubo di rame, 1/2 "tubo dell'acqua.

Il collegamento più debole è il pad in rame PCB. È sottile

Sulla destra del tubo di rame c'è un tubo che viene pompato con acqua.

La torre dell'acqua

Il montante sulla destra contiene il tubo che pompa l'acqua dal serbatoio inferiore al serbatoio dell'acqua in alto.

Ne valeva la pena?

Quando la scheda che stava bruciando (129 ° C) a 350 mA funziona a 700 mA (Imax) e si forma della condensa, penso che ne sia valsa la pena.

Ambiente 23 ° C, PCB 30 Watt, temperatura custodia LED 21 ° C

L'analisi della configurazione termica sembra essere leggermente incompleta, soprattutto per quanto riguarda l'interfaccia rame-aria.

Puoi trattare il problema in modo simile a un divisore resistivo. La tua giunzione con l'aria è la tensione (diciamo 70) e la corrente è la potenza che devi dissipare (4.5). La tua soluzione termica totale deve fornire 15 gradi / watt o meno. Questo è il totale di tutte le parti in serie, giunzione-rame1, rame1-rame2, rame2-aria.

Come puoi vedere dalla figura che hai citato, il dispositivo su un semplice piano di rame farà fatica a funzionare sopra 3W (anche con un piano più grande) mentre il flusso di calore attraverso il piano inizia a diventare significativo. Calcolarlo non è banale.

Nel tuo scenario, solo il lato posteriore del PCB è efficace nel dissipare il calore (il lato superiore può richiedere del tempo per raggiungere l'equilibrio, ma poi smette di assorbire energia). Considera solo il lato posteriore. Forse 0,5 W passeranno attraverso il coperchio (vedi questo come una rete parallela) ma la resistenza sarà alta e tutti i tuoi componenti saranno mantenuti caldi.

Già puoi vedere che devi raggiungere una temperatura superiore a 15 gradi / watt per il dissipatore di calore. Probabilmente 10 gradi / watt sarebbero un buon punto di partenza finger-in-air per trovare approssimativamente cosa significhi per un radiatore passivo (e qualsiasi flusso d'aria convettivo può fare la differenza). Ciò implica già una superficie del dissipatore di calore temperata di 45 gradi sopra l'ambiente.

Per giudicare l'efficacia del tuo pad, devi davvero misurare la caduta di temperatura tra i due lati del PCB. Questo può trovarsi sul bordo esposto del pad, ma è probabile che sia molto inferiore alla resistenza termica del dissipatore di calore. Se mirassi a un livello di potenza di forse 2 W, il risultato sarebbe più significativo, ma già sai di aver bisogno di un dissipatore di calore di qualche tipo.

Un errore comune che le persone fanno: non simulano né guardano le simulazioni delle persone degli altri. Ogni progetto basato sulla conduzione del calore in rame PCB è limitato a circa 2 W nel migliore dei casi. Questo perché la sezione trasversale in rame è molto piccola. Nella simulazione sembra un punto caldo intorno all'elemento caldo nonostante enormi pad in rame con molti via.

Posso suggerire di prendere alcuni prodotti pronti all'uso sul dissipatore di calore o di andare al PCB in alluminio (scheda con anima in metallo). In ogni caso, la strategia è quella di massimizzare l'area di contatto dell'aria e allo stesso tempo ridurre la "resistenza al calore" (effettivamente migliorare la conducibilità del calore) tra la giunzione e ciascun punto del radiatore.

Dal momento che hai combinato molte domande in un solo post e altre hanno affrontato le tue altre domande, darò solo una risposta parziale.

In caso contrario, posso in qualche modo misurare questa resistenza termica (con un sensore di temperatura?

Conosci il calore che scorre attraverso l'interfaccia (~ 4.4 W). Come ha detto un'altra risposta, se si attende che il sistema si equilibri, il calore in uscita attraverso il lato superiore del PCB sarà piuttosto basso.

$\Delta{}T$

Ora puoi stimare, almeno approssimativamente, la resistenza termica della scheda dividendo l'una dall'altra.

Dato che hai già le risposte alle tue domande, vorrei suggerire una soluzione "pratica" .
Posizionare il regolatore fuori dall'alloggiamento di plastica. In questo modo, il calore generato non influirà sui componenti all'interno dell'alloggiamento di plastica e può essere più facilmente dissipato, poiché ha meno "barriere" da attraversare.