Determinare se il telaio è un dissipatore di calore adatto?

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Ho preso una piccola scatola di alluminio per un piccolo progetto DAC alimentato via USB ...

... e mentre lo mettevo insieme ho notato che i pannelli laterali della scatola erano molto belli al tatto e fatti di alluminio spesso con un design promettente:

Ho un paio di potenziali circuiti integrati che potrebbero aver bisogno di raffreddamento, a seconda di dove mi portano il design / lo schema, e mi chiedevo come si potesse determinare se i pannelli sarebbero stati utili o meno come dissipatori? Non mi aspetto che funzionino quasi come un vero dissipatore di calore, ma per circuiti integrati più piccoli (regolatori di tensione e simili) sarebbe utile sapere che l'opzione è lì.

C'è un modo per calcolare matematicamente la resistenza termica di un pannello come questo o è il modo migliore per eseguire solo alcuni test di temperatura?

heatsink thermal cooling

— abza
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Quando ho

— cercato su Google

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Caspita, quella è davvero una "piccola scatola di alluminio"

— pipe

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Quei lati neri sembrano anodizzati, tinti di nero. Se si tratta di vernice nera, il dissipatore di calore non sarà efficace. Un altro punto - la conduzione del calore da un lato all'altro sarà abbastanza buono - come ti sentiresti su un pannello frontale caldo?

— glen_geek,

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@ laptop2d - Sweet Little Aluminium Boxes International ™! No, l'ho preso da questo sito web - modushop.biz . Sono un'azienda italiana che produce custodie principalmente per l'industria audio fai-da-te.

— abza,

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Supponendo che tu possa ottenere il calore dalla confezione alla scatola, quindi è probabile che il dissipatore di calore alla scatola sia meglio del dissipatore di calore all'aria all'interno della scatola (tramite un dissipatore alettato). Nonostante i buchi.

— Jack B

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L'uso dell'involucro come dissipatore di calore è un metodo comune, tuttavia è necessario comprendere alcune cose.

Come menziona Laptop2d, è difficile modellare le caratteristiche termiche del caso e una misurazione sperimentale può essere prudente.
I dissipatori di calore si basano sul flusso d'aria per funzionare. Dato che quelle piastre sono piatte, ci sono buone probabilità che qualcuno installi la scatola appoggiata contro qualcosa di termicamente isolato ... per esempio, spinto indietro contro il muro a secco. Se questo è per qualcosa di tuo, e puoi controllare il flusso d'aria, potrebbe andare bene. Altrimenti potrebbe essere necessario aggiungere funzionalità alla piastra per evitare che si verifichi e progettare che funzioni nelle circostanze peggiori, altrimenti le cose potrebbero non funzionare o addirittura prendere fuoco.
Quanto sarà caldo il piatto. Sebbene il dissipatore di calore possa essere sufficiente per far funzionare i componenti elettronici, la piastra stessa può essere molto calda al tatto, anche abbastanza calda da causare ustioni alla pelle. È importante che qualsiasi superficie esterna sia mantenuta a temperature ragionevoli.
La fisica impone che la piastra si espanderà sotto la temperatura. Ciò può comportare in alcuni casi sfortunati effetti collaterali meccanici. (scusate il gioco di parole ...)

— Trevor_G
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Due giochi di parole anche. In alcuni casi potrebbero esserci effetti collaterali sul lato dei tuoi casi.

— user253751

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Il dissipatore di calore sul lato della scatola con connettori è un modo comune per ottenere il flusso d'aria. Ma ovviamente questo significa che è più probabile che venga toccato lì, forse facendo cadere il limite superiore della temperatura da troppo a un po 'caldo (i limiti superiori sono indicati in alcuni standard). Ad esempio, spesso sono necessari regolatori vicino al connettore di alimentazione, e imbullonati sul retro dove entra l'alimentazione.

— Chris H

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I pannelli laterali sono esempi classici della forma più semplice di radiatore: la piastra piatta. L'equazione semplice per calcolare la sua resistenza termica (in W / K) è: dove:

R_{t h} = \frac{3.3}{\sqrt{λ \cdot d}} C + \frac{650}{S} C

$R_{th} = \frac{3.3}{\sqrt{\lambda \cdot d}}C+\frac{650}{S}C$

$d$ - spessore della piastra in mm,

$\lambda$ - conducibilità termica (237 W / mK per alluminio),

$S$ - area della piastra, in cm - nel tuo caso Dovresti presumere che solo un lato della piastra dissipi calore, $^2$

$C$ Coefficiente che dipende dalla superficie e dal posizionamento della lastra: 1,0 per lastra grezza orizzontale, 0,85 per grezza verticale, 0,50 per annerimento orizzontale, 0,43 per annerimento verticale.

Naturalmente, come sempre mentre parliamo del trasferimento di calore, non esiste una risposta semplice, poiché la maggior parte delle equazioni in questo campo sono empiriche. Per una soluzione (probabilmente) più accurata, cerca ad esempio questo articolo: http://www.heatsinkcalculator.com/blog/how-to-design-a-flat-plate-heat-sink/

— Jakub Rakus
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Una piastra sottile è un cattivo diffusore di calore, quindi prendere S come area dell'intero lato è probabilmente ottimista per uno o due componenti (sto immaginando i TO-220 perché sono facili da attaccare ai casi). Il link alla fine approfondisce questo aspetto.

— Chris H

Immagino che il motivo per cui lo stavo chiedendo sia proprio perché i pannelli non sono piatti: hanno delle scanalature che immaginavo potessero aiutare a irradiare calore. In genere, si tratta solo di calcolare la superficie effettiva data le scanalature e quindi estrapolarla come una piastra "piatta" di dimensioni equivalenti?

— abza,

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Il problema è che dovrai modellare l'intera scatola e l'aria per ottenere una cifra ragionevole per quanto calore può fuoriuscire il telaio.

Potresti semplicemente modellarlo come un infinito dissipatore termico (a temperatura ambiente) e quindi utilizzare il coefficiente di giunzione termica del pacchetto e la resistenza termica della pasta o del cuscinetto termico che affonderai nella scatola.

O se il piano prevede di dissipare molto calore, la scatola potrebbe essere modellata come resistenza termica. L'alluminio è 205,0 W / (m K) ma il problema è che l'aria circonda l'intera scatola, quindi per modellarlo davvero dovresti riassumere tutta la resistenza termica in molti punti diversi perché l'aria ha una conduttività termica di 0,024 W / (m K)

Per esperienza, sarebbe probabilmente più semplice collegare un resistore sul lato e misurarlo.

— Picco di tensione
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La temperatura ambiente probabilmente non è una buona ipotesi per più Watt di potenza. Sto pensando a custodie esterne per dischi rigidi o dischi rigidi da 3,5 "che funzionano all'aperto (probabilmente tra 5 e 10 W.). I loro lati esterni tendono a superare la temperatura ambiente di forse 10 o 20 gradi se posizionati sul pavimento senza ventole o finestre aperte che creano flusso d'aria. (ipotesi di ball-park dalla memoria di quanto si sono sentiti caldi; ma questo è coerente con quello che hanno detto i loro sensori di temperatura interni). Immagino sia per questo che hai scritto il paragrafo dopo, nel caso in cui il riscaldamento del telaio è non trascurabile.: P

— Peter Cordes

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Il telaio può essere adeguato dal punto di vista termico. In caso contrario, potrebbe essere necessario isolare elettricamente i dispositivi. Materiali come Beta Alumina, Mica, Silpad ecc. Sono isolanti di elettricità e conduttori di calore. La conducibilità termica finita ti penalizzerà termicamente rispetto alla bulloneria metallica diretta. Ricorda che i semiconduttori a dispersione di potenza sono accoppiati in modo capacitivo al case nonostante siano elettricamente isolati. Se sono coinvolte onde quadrate ad alta frequenza, la tua piccola scatola di alluminio sarà una buona antenna e potresti non riuscire a emettere EMC. Il dissipatore di calore del telaio era più comune con i circuiti lineari della vecchia scuola.

— Autistico
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