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Ya sea que esté utilizando dispositivos electrónicos de potencia, sistemas integrados, dispositivos industriales o diseñando nuevas placas base, debe lidiar con el aumento de la temperatura en el sistema. Las operaciones continuas de alta temperatura acortarán la vida útil de la placa de circuito impreso e incluso causarán fallas en algunos puntos clave del sistema. La disipación de calor se considera lo antes posible durante el diseño para ayudar a prolongar la vida útil de la placa de circuito y el componente.
El diseño de disipación de calor comienza con la estimación de la temperatura de trabajo.
Antes de comenzar un nuevo diseño, debe considerar la temperatura a la que funciona la placa, el entorno de funcionamiento de la placa y el consumo de energía del componente. Estos factores actúan juntos para determinar la temperatura de funcionamiento de la placa de circuito y del componente. esto también ayudará a personalizar la estrategia de enfriamiento.
Colocar la placa de circuito a una temperatura ambiente más alta permite retener más calor, por lo que puede funcionar a una temperatura más alta. Los componentes que consumen más potencia necesitarán métodos de enfriamiento más efectivos para mantener la temperatura en el nivel establecido. Importantes estándares de la industria pueden especificar la temperatura de los componentes y sustratos durante el funcionamiento.
Antes de diseñar la política de gestión de disipación de calor, verifique la temperatura de trabajo permitida de los componentes en la hoja de datos y la temperatura estipulada en las normas industriales importantes. El enfriamiento activo y pasivo debe combinarse con el diseño correcto de la placa para evitar daños en la placa.
¿Enfriamiento activo y enfriamiento pasivo: ¿ cuál es el adecuado para su placa base?
Este es un tema importante a considerar para cualquier diseñador. Por lo general, cuando la temperatura ambiente está muy por debajo de la temperatura de trabajo, se produce un efecto de enfriamiento pasivo. El Gradiente térmico entre el sistema y el entorno puede ser grande, obligando a que salga más calor del componente y de la propia placa. Con enfriamiento activo, incluso si la temperatura ambiente es alta, puede proporcionar un mejor efecto de enfriamiento de acuerdo con el sistema de enfriamiento activo.
Enfriamiento pasivo
Se debe intentar nivelar el enfriamiento pasivo de los componentes activos para permitir la distribución del calor a la capa de suelo. Muchos componentes activos incluyen almohadillas de calefacción ubicadas en la parte inferior del paquete, que permiten que el calor se disipe a través de agujeros de sutura a formaciones cercanas. Luego, estos agujeros de sutura se extienden a la almohadilla de cobre debajo del componente. Hay algunas calculadoras de PCB que se pueden utilizar para estimar el tamaño de las almohadillas de cobre necesarias bajo el componente.
Obviamente, la almohadilla de cobre debajo del componente no debe extenderse más allá del borde del componente real, ya que esto interfiere con el montaje superficial de la almohadilla o el pin a través del agujero. Si una sola almohadilla no puede reducir la temperatura al nivel requerido, puede ser necesario agregar un disipador de calor en la parte superior del dispositivo para emitir más calor. También se puede utilizar una almohadilla de calefacción o pasta de calefacción para aumentar el flujo de calor que entra en el disipador de calor.
El enfriamiento por evaporación es otra opción. Sin embargo, los componentes de enfriamiento por evaporación son voluminosos, por lo que
No se aplica a muchos sistemas. Si el sistema se escapa o se daña, habrá fugas de líquido en toda la placa. En este punto, se puede utilizar un método de enfriamiento activo para proporcionar el mismo o mejor efecto de enfriamiento.
Disipación activa de calor
Si necesita reducir aún más la temperatura de fpgas, cpus u otros componentes activos con alta velocidad de conmutación, puede ser necesario usar un ventilador para enfriar activamente cuando el enfriamiento pasivo no puede resolver el problema. Los ventiladores no funcionan a toda velocidad todo el tiempo y a veces incluso pueden no abrirse. los componentes más calientes y los que producen más calor requieren que los ventiladores funcionen más rápido.
El ventilador tiene ruido porque la señal PWM producirá algún ruido debido al interruptor. El tablero de desarrollo necesita un circuito para generar una señal PWM para controlar la velocidad del ventilador, y también necesita un sensor para medir la temperatura de los componentes relacionados. Los ventiladores de accionamiento AC con controladores de conmutación electrónicos también generan EMI de radiación en la frecuencia básica del interruptor y en cada armonía de orden superior. Si se utiliza un ventilador, los componentes de cableado cercanos necesitarán tener suficientes funciones de supresión de ruido / supresión de interferencia.
Los sistemas de refrigeración activa, como los refrigerantes o refrigerantes, también pueden utilizarse para proporcionar un enfriamiento adecuado. Esta es una solución inusual porque requiere una bomba o compresor para que el refrigerante o refrigerante fluya a través del sistema. Por ejemplo, el sistema de refrigeración por agua se utiliza para enfriar la GPU en computadoras de juegos de alto rendimiento.
Algunas simples guías de diseño térmico
El uso de la formación de tierra debajo de la ruta de la señal mejora la integridad de la señal y la supresión del ruido. También sirvió como disipador de calor. Los componentes con almohadillas térmicas extienden el agujero de sutura hacia abajo hasta la capa del suelo, lo que facilita que la capa del suelo emita calor superficial. Luego, el calor generado en la trayectoria de la superficie se disipa fácilmente al subsuelo.
Los cables que transportan grandes corrientes eléctricas, especialmente en los circuitos de corriente continua, necesitan tener un mayor peso de cobre para emitir una cantidad adecuada de calor en la placa de circuito. Esto puede requerir un cable más ancho del que se suele utilizar en dispositivos de alta velocidad o alta frecuencia. La geometría afecta la resistencia de cableado de la señal ac, lo que significa que es posible que necesite cambiar la pila para que la resistencia coincida con los valores definidos en el estándar de señal o en el componente fuente / carga.
Preste atención al ciclo térmico en la placa de circuito, ya que el ciclo de temperatura repetido entre valores altos y bajos puede causar tensiones en los agujeros y el cableado. Esto puede provocar la ruptura de tuberías en agujeros a través con una alta relación de aspecto. Los ciclos prolongados también producen capas de marcas en la superficie, lo que daña las tablas.
