Separación de componentes de autocalentamiento de baja potencia de PCB

Soy un EE que acaba de salir de la universidad y está comenzando en una empresa más pequeña, y tengo una pregunta sobre el autocalentamiento electrónico y cómo evitar que el calor se propague en una PCB a los componentes sensibles al calor, como los termistores que se están utilizando. Para medir la temperatura ambiente, actualmente hay problemas en algunos diseños, en los que la temperatura dentro de la carcasa aumenta medio grado C con trazas que van directamente al termistor sin descargas térmicas y cuidan el tamaño de las trazas. Los dispositivos que he visto que tienen problemas generalmente intentan leer la temperatura ambiente con una precisión del 0,25 % entre los rangos de -20 a 85 °C (actualmente se hace en algunos diseños al tener dos tableros separados en el gabinete con pequeños cables entre los dos)

Los componentes "calientes" son principalmente el suministro de conmutación y la MCU, en la mayoría de los casos para algunos diseños que estoy viendo, funcionan a 10-20 mW, y el tamaño de PCB generalmente sería de alrededor de 2 pulgadas x 4 pulgadas.

¿Sería mejor ejecutar grandes planos de tierra debajo de estos componentes para tratar de disipar el calor en ese lado de la placa? ¿O el calor simplemente se transferiría al dieléctrico de la PCB y calentaría el termistor de esa manera?

Además, ¿sería mejor ejecutar rastros más delgados con alivio térmico al termistor para reducir la transferencia de calor a través de los rastros, o sería mejor ejecutar rastros más anchos para tratar de disipar el calor antes de llegar al termistor?

El valor común del termistor que estoy viendo es un NTC de 10k-2.

¿Esto es SMD o agujero pasante? Realmente no debería ser un problema con el agujero pasante.
He visto componentes SMD y termistores de orificio pasante (tanto radiales como axiales) y el problema persiste. El gabinete fue diseñado para que el aire fluya a través, montado en la pared y ventilaciones en la parte superior e inferior, solo convección natural.
¿Qué intenta medir el termistor?
Temperatura ambiente en una habitación
¿Es un error de 0,5 grados C tan importante para usted?
0.25% en que escala? % realmente no tiene sentido en mi mente a menos que esté en Kelvin con un cero verdadero. ¿Quieres decir 0,25 grados?
Andy, Sí, en la línea de sensores que estoy viendo, la empresa vende el sensor y dice una precisión del 0,25 % en todo el rango del componente (en realidad, no sé lo que las ventas intentan decir aquí), pero creo que cuanto más alto los ups quieren ver lecturas de +-0,05 C del ambiente
Para obtener la precisión de algunos de los otros productos, calibran cada uno antes de salir por la puerta para acercarse lo más posible, y han tenido éxito en algunos casos, pero no en otros. Para estos productos, creo que la empresa obtiene termistores personalizados para ellos. Supongo que debería reformular la pregunta, ¿qué métodos puedo emplear en otros diseños para evitar que el calor viaje a los termistores a través de la placa de circuito impreso?
El autocalentamiento es un problema de resistencia térmica al aire objetivo, flujo de aire y aislamiento térmico de la fuente de calor. Los escudos de cobre tienen un cierto valor de 'C/W por pulgada cuadrada dependiendo del flujo de aire, individual o. Doble cara con vías ayudará a reducir el gradiente. La orientación también puede tener un efecto. Los termostatos generalmente maximizan el aislamiento del termistor de la electrónica y se ubican lo más cerca posible de las ventilaciones ambientales en la parte inferior, pero aún tienen una gran latencia debido a la falta de flujo de aire.

Respuestas (2)

Aquí hay un enfoque para el aislamiento térmico mientras se mantiene cierta resistencia mecánica (el chip es una referencia de voltaje zener enterrada horneada, tendría un aislante de espuma de uretano sobre él en la operación real): Además de las ranuras enrutadas anchas, observe las más delgadas hacia la izquierda y hacia la derecha y las ranuras hacia arriba y hacia abajo.

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El cobre, incluso 34 m m cobre conducirá gran parte del calor, por lo que se requieren trazas más estrechas y largas, así como limitar la cantidad de laminado (la conductividad térmica es proporcional al área de la sección transversal dividida por la longitud).

La conductividad térmica del laminado de PCB es anisotrópica y es mucho más alta paralela a la superficie que a través de la PCB debido a la dirección del tejido en la tela de fibra de vidrio. Por esa razón, rotar el patrón 45° puede marcar una diferencia notable.

Pero, personalmente, haría una ranura en V o mordería el PCB con un puente delgado soldado o conectado sobre él y luego lo rompería y ensamblaría con aislamiento entre los dos si la precisión es tan importante.

O podría considerar simplemente fingir y compensar el error debido a los otros circuitos, ya sea con un segundo sensor o un modelo térmico. Eso sería un proyecto interesante para quemar algo de tiempo si no estás ocupado.

PD A veces, puede hacer uso de la disipación de energía montando las partes calientes hacia la parte superior de un recinto ventilado para que el aire a temperatura ambiente entre en la parte inferior, sobre el sensor. Sin embargo, sospecho que sus niveles de potencia son demasiado bajos para que eso sea un efecto útil en este caso.

¿Utilizaron la elegante ruta del molinete en lugar de una ruta de perímetro cuadrado con puentes directos y rectos para aumentar la longitud?
@DKNguyen Creo que sí, y para mantenerlo razonablemente bien apoyado en los 4 lados y permitir los conductores necesarios (9 en total). O tal vez simplemente les gustaban las esvásticas. Para un sensor de temperatura, alguna otra disposición podría ser óptima.
(nota: el diseño de PCB puede ser ilegal en Alemania)

Por lo que he visto en un termostato de ambiente (resolución de 0,1 °C), las trazas eran lo más finas posibles. La PCB tenía numerosos espacios de aire para aislar el sensor del calor generado por el regulador de voltaje.

El sensor se colocó en la esquina de la placa y se fresaron agujeros para limitar el paso del calor a través de la placa. No verter cobre en esa área. Quedaba tan poco material que podría romperse fácilmente si se estresaba. Había orificios de ventilación coincidentes en la carcasa del dispositivo cerca del sensor para obtener una muestra de aire de la habitación directamente sobre el sensor.

Espacio de aire para aislamiento (solo para ilustración)

De acuerdo con la hoja de datos, la unidad todavía tenía una compensación programable de fábrica/usuario (+-3,5 °C) para cancelar cualquier error de compensación causado por el calentamiento del dispositivo.

También podría ser una buena idea encender el sensor solo cuando se tome una muestra, para evitar que se caliente directamente.

Fuente de imagen

Los alivios térmicos se emplean cuando es posible, pero ¿serían contraproducentes los grandes planos de tierra debajo de los dispositivos calientes y solo calentarían toda la placa, o ayudarían a disipar el calor? Y en los casos en que no se pueden lograr alivios térmicos debido a tableros más completos, ¿una traza gruesa absorbería el calor y lo pasaría al termistor? Supongo que una traza delgada transportaría peor el calor que una gruesa, pero luego me pregunto si la corriente a través de la traza delgada más resistiva también se calentaría más.
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