Notizie PCB - Considerazioni sulla dissipazione del calore del circuito ad alta velocità

Nella progettazione ordinaria del circuito digitale, raramente consideriamo la dissipazione del calore dei circuiti integrati, perché il consumo energetico dei chip a bassa velocità è generalmente molto piccolo e in normali condizioni naturali di dissipazione del calore, l'aumento della temperatura del chip non sarà troppo grande. Con il miglioramento continuo della velocità del chip, il consumo energetico di un singolo chip è aumentato gradualmente. Ad esempio, il consumo energetico della CPU Intel Pentium può raggiungere i 25W. Quando le condizioni naturali di dissipazione del calore non possono più controllare l'aumento di temperatura del chip al di sotto dell'indice richiesto, è necessario utilizzare misure appropriate di dissipazione del calore per accelerare il rilascio di calore sulla superficie del chip e far funzionare il chip all'interno della gamma di temperatura normale.

In condizioni normali, il trasferimento di calore comprende tre modi: conduzione, convezione e radiazione. La conduzione si riferisce al trasferimento di calore tra oggetti direttamente in contatto dalla temperatura più elevata alla temperatura più bassa. La convezione trasferisce calore attraverso il flusso del fluido, mentre la radiazione non richiede alcun mezzo. L'elemento riscaldante rilascia direttamente calore allo spazio circostante.

Nelle applicazioni pratiche, ci sono due modi per dissipare il calore, radiatore e ventilatore, o l'uso di entrambi allo stesso tempo. Il radiatore conduce il calore del chip al radiatore attraverso uno stretto contatto con la superficie del chip. Il radiatore è solitamente un buon conduttore di calore con molte lame. La sua superficie completamente espansa aumenta notevolmente la radiazione termica e allo stesso tempo fa circolare l'aria. Può anche togliere più calore. L'uso dei ventilatori è anche suddiviso in due forme, una è installata direttamente sulla superficie del radiatore e l'altra è installata sul telaio e sul rack per aumentare la portata d'aria in tutto lo spazio. Simile alla legge più basilare di Ohm nei calcoli dei circuiti, c'è una formula più basilare per i calcoli di dissipazione del calore:

Differenza di temperatura = resistenza termica * consumo energetico

Nel caso di un radiatore, la "resistenza" del rilascio di calore tra il radiatore e l'aria circostante è chiamata resistenza termica, e la dimensione del "flusso di calore" tra il radiatore e l'aria è rappresentata dal consumo energetico del chip, in modo che il flusso di calore viene dissipato dal calore. Quando il radiatore scorre nell'aria, a causa dell'esistenza di resistenza termica, viene generata una certa differenza di temperatura tra il radiatore e l'aria, così come una caduta di tensione sarà generata quando una corrente scorre attraverso una resistenza. Allo stesso modo, ci sarà una certa resistenza termica tra il dissipatore di calore e la superficie del chip. L'unità di resistenza termica è °C/W. Quando si sceglie un radiatore, oltre alla considerazione delle dimensioni meccaniche, il parametro più importante è la resistenza termica del radiatore. Più piccola è la resistenza termica, più forte è la capacità di dissipazione del calore del radiatore. Ecco un esempio di calcolo della resistenza termica nella progettazione del circuito per illustrare:

Requisiti di progettazione:

Consumo di energia del chip: 20 watt

La temperatura più alta che la superficie del chip non può superare: 85 gradi Celsius

Temperatura ambiente (massima): 55 gradi Celsius

Calcolare la resistenza termica del dissipatore di calore richiesto.

La resistenza termica effettiva tra il dissipatore di calore e il chip è molto piccola, quindi 01 gradi Celsius / W è preso come approssimazione. ma

(R + 0,1) * 20W = 85 gradi Celsius-55 gradi Celsius

Ottenere R = 1,4 gradi Celsius/W

Solo quando la resistenza termica del dissipatore di calore selezionato è inferiore a 1.4°C/W può la temperatura superficiale del chip non superare 85°C.

Utilizzando una ventola può togliere molto calore dalla superficie del radiatore, ridurre la differenza di temperatura tra il radiatore e l'aria e ridurre la resistenza termica tra il radiatore e l'aria. Pertanto, i parametri di resistenza termica del radiatore sono solitamente rappresentati da una tabella.

Quanto sopra è l'introduzione di considerazioni di dissipazione del calore nella progettazione PCB ad alta velocità. Ipcb è fornito anche ai produttori di PCB e alla tecnologia di produzione di PCB