PCB de alta carga térmica para corta duración

Obtuve 30 convertidores de dinero en pcb de 4 capas (70x130 mm). Cada uno disipará ~ 2 W durante típicamente 30 segundos seguidos de un descanso muy largo> 10 minutos, y me preocupa el sobrecalentamiento. Aunque no es un problema de seguridad (los chips están protegidos), me gustaría evitar tener estos problemas.

Mi acercamiento:

  • 2 capas de cobre completo con muchas vías térmicas. Las otras 2 capas son ~90% cobre.
  • La masa térmica de los grandes inductores debería ayudar
  • Un ventilador de 120 mm directamente encima de los componentes
  • El flujo de aire debería aumentar mucho la Rca (caso de resistencia térmica al ambiente)

Si esto no es suficiente para eliminar los 60 W de calor, podría agregar un bloque de aluminio en la parte inferior.

Pregunta: ¿Crees que esta es una solución viable?

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Usted dijo: los chips están protegidos , entonces, ¿qué es lo que está tratando de lograr?
Soplar aire directamente hacia abajo puede provocar el estancamiento de las pocas virutas del centro. Esto puede no importar si la placa de circuito impreso es muy conductora del calor en todos los ámbitos. Sin embargo, soplar aire a través del tablero sería mejor. O eso, o si la posición actual del ventilador es buena mecánicamente, mueva los componentes de baja producción de calor al centro estancado y los componentes de alta temperatura hacia el borde del tablero, donde el flujo de aire es bueno.
Andy: No quiero que se active la protección. Neil: Gracias. Puedo reorganizar el ventilador y agregar conductos para crear un mejor flujo. ¿Tal vez podría agregar paredes en 3 lados del ventilador para que el aire pueda salir solo por un lado?

Respuestas (2)

60W x 30 segundos = 1800 julios

Eso repartido en 10 minutos sería una disipación promedio de 3W para una placa bastante grande.

Si las cosas no se sobrecalientan en esos 30 segundos, debería estar bien. De lo contrario, un disipador de calor para descargar esa energía puede ayudar a que las cosas sean más fáciles.

¿Cuánto disipador de calor? Bueno, para elevar un metal, la temperatura es de julios por gramo por grado c. Para el aluminio, esto es 0,9, así que digamos que desea que el disipador de calor no se caliente más de 40 grados por encima de la temperatura ambiente para el pulso.

1800 julios / 0,9 / 40 grados = al menos 50 gramos de aluminio.

Esto no le dice qué tan rápido la temperatura de los disipadores de calor puede disipar esa energía. Por lo tanto, probablemente será un poco más cálido en los pulsos subsiguientes. Pero no necesitas mucho metal para absorber la peor parte del pulso.

¡Gracias! No pensé en calcular el aumento de temperatura. Los inductores pesan ~80 g (cobre + ferrita). Si ahora resto la energía eliminada de los 60 W, debería ser lo suficientemente frío;)
La ferrita es 0,8 y el cobre es 0,39, no estoy muy seguro de cuáles serán las proporciones, pero incluso si todo el peso fuera cobre, solo debería dar como resultado un aumento de 58 grados, por lo que en su aplicación será menor que eso. y tambien tienes el calor especifico de la pcb 1.15

Su PCB tendrá aproximadamente 1/2 segundo de constante de tiempo térmico entre cada regulador. [Un cm es 1,14 segundos, 2 cm es 4 veces más largo, 3 cm es 9 veces más largo]

El aumento de calor será aproximadamente uniforme, durante su pulso de 30 segundos.

En mi humilde opinión necesitas un poco de aire de refrigeración.

La región central puede descargar calor en 4 direcciones (o incluso en 8 si se usan las esquinas), por lo que el punto muerto no debería importar.

Pero con una resistencia de propagación térmica de 4 grados por vatio desde esa región central, y con 30 vatios en la región central, tendrá un aumento de 4 * 30 = 120 grados C.

Si rehace la PCB, considere 2 onzas/pie cuadrado para los 2 planos.

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Por cierto, puede modelar esto en SPICE con una cuadrícula de resistencia de 7 por 13 (a una resolución de 1 cm, si cree que es adecuada). Haga que cada resistencia sea de 70 ohmios, de modo que obtenga esa respuesta térmica de 70 grados C por vatio. Luego inyecte 3 amperios en cada uno de los nodos interiores. Poner a tierra la periferia ????? No. Eso no es válido.

Como sugiere la otra respuesta, calcule la capacidad térmica para cada centímetro cuadrado y agréguela a cada nodo interior como un condensador concentrado.

Por cierto, ¿son tus trazas lo suficientemente anchas para soportar los 2.000 amperios? fuera de borda?

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En el pensamiento térmico, utilizo la resistencia térmica de una lámina de cobre estándar (1 onza/pie cuadrado) que es de 70 grados C por vatio por cuadrado de lámina.

Dado que hay dos capas internas, láminas sólidas, la Rtérmica lateral es de 35 grados por vatio por cuadrado, para cualquier tamaño de cuadrado.

Ahora dibuje una cuadrícula y caliente cualquiera de los cuadrados interiores. Verá los ocho cuadrados adyacentes como caminos para que salga el calor, por lo que Rthermal cae 8x, a 4 grados C por vatio.

Puede incluir el siguiente conjunto de cuadrados circundantes, ocho de ellos, bordes 3 veces el tamaño original), pero la densidad del componente sugiere que la iteración no es necesaria.

Parece que está citando información que no está en la pregunta. Por ejemplo, el C/W de los chips y la corriente total de 2000A. ¿Le importaría compartir dónde podría estar esta información?
@Reroute Pregúntele cuánto tarda el calor en propagarse a través de un cubo de cristal de silicio de 1 m de tamaño.
PCB de alta carga térmica para corta duración
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