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    Descripción general de las técnicas de disipación térmica pasiva de PCBs

    Altium Designer
    |  November 6, 2017

    termómetro

    ¿Alguna vez ha tenido tanto calor que pensó que se derretiría como un helado? El verano aquí en SoCal se pone muy caluroso y me hace desear tener un par de paletas heladas. Cuando llego a casa del trabajo me encanta encender el aire acondicionado y fingir que vivo en un iglú. Sin embargo, lo único peor que hervir en el calor es ver que todo mi dinero se evapora con las facturas de refrigeración. Otras personas adoptan un enfoque diferente del enfriamiento; utilizan formas geométricas o intercambiadores de calor para enfriar pasivamente sus casas. Me río cada vez que veo una fea casa con una cúpula geodésica, pero los dueños son los que consiguen mantener su frescura y su dinero. Enfriar su PCB puede ser tan molesto como refrigerar su casa. Los sistemas activos de mitigación del calor absorben la electricidad y ocupan demasiado espacio. Afortunadamente para nosotros, las PCBs también pueden beneficiarse de la refrigeración pasiva. Algunas de las principales técnicas de refrigeración sin energía incluyen: convección natural, esparcidores de calor e intercambiadores de calor. Incluso existe una técnica de refrigeración por goteo que podría conocerse en los próximos años.

    Beneficios de las técnicas pasivas sobre las activas

    Por lo general, prefiero una técnica de refrigeración activa, como el aire acondicionado, a una técnica pasiva, como el sudor profuso. El problema con la refrigeración activa de las PCBs es que suelen consumir demasiada potencia y ocupar demasiado espacio.

    El consumo de energía siempre parece agarrarlo desprevenido. Nunca me doy cuenta de que he gastado varios cientos de dólares en la refrigeración de mi casa hasta que recibo la cuenta. Lo mismo sucede en los circuitos. Los CIs primarios ya consumen demasiados vatios, así que a quién le importa si coloca un ventilador de bajo voltaje. Bueno, si su aplicación es de baja potencia, el consumo extra podría significar una duración de la batería mucho más corta.

    Algunos diseñadores tienen el privilegio de utilizar tanto espacio como necesitan. Desafortunadamente, no soy uno de ellos. El espacio es un bien precioso en la mayoría de mis proyectos. Esto significa que necesito reducir al mínimo el espacio que consumen los componentes activos de refrigeración, como los ventiladores, para hacer espacio para los circuitos.

    Los sistemas de refrigeración pasivos utilizan fenómenos naturales para enfriar las placas, lo que significa que no necesitan más energía para funcionar. También son generalmente más pequeños que los sistemas activos, aunque eso puede variar en función del diseño que elija.

    disipador térmico de aletas

    Los disipadores de calor se ven bien y también ayudan a mantener refrigerada su PCB.

    Sistemas de refrigeración pasiva

    Ciertamente hay algunas otras técnicas de refrigeración que las que mencionaré aquí. Sin embargo, estos son algunos de los sistemas de refrigeración más comunes.

    • Convección natural/disipador de calor: la convección natural es como lo dice su nombre. Aunque no es necesario utilizar disipadores de calor para aprovechar esta ventaja, son adecuados para ello. Cuando están colocados correctamente, los disipadores de calor pueden utilizar el flujo de aire natural para disipar el calor sin usar energía. Si desea diseñar un disipador de calor óptimo, necesitará hacer algunos cálculos para obtener un flujo de aire eficiente y minimizar la capa delimitadora. Esta solución es extremadamente sencilla, pero ocupa más espacio que otros enfoques pasivos.

    • Conducción y radiación/esparcidores de calor: donde la convección involucra transferencia de calor en fluidos, la radiación y la conducción se ocupan de los sólidos. Los esparcidores de calor normalmente no son la columna vertebral de su gestión térmica, sino que en su lugar lo aumentan. Básicamente, cualquier pieza de metal actúa como esparcidor de calor, ya que conducirá la energía térmica. Para un mejor uso de la conducción y la radiación, debe tratar de dirigir tanto calor como sea posible a las capas exteriores de su placa, donde se puede irradiar más eficientemente. Puede utilizar vías térmicas para conducir el calor, en lugar de la electricidad, al exterior de las placas multicapa. Los grandes planos de potencia y tierra también ayudarán a disipar el calor, ya que las áreas más grandes irradian más eficazmente.

    • Intercambiadores de calor: los intercambiadores de calor se utilizan a menudo en unidades convencionales de CA.Utilizan un refrigerante y un ciclo de vaporización/condensación para transferir calor de un área a otra. En las PCBs hay dos tipos principales de intercambiadores de calor: tuberías de calor y placas frías. La principal diferencia entre estos es el factor de forma; los tubos de calor son delgados y las placas frías son anchas. Este tipo de sistema puede ser muy pequeño y transfiere calor eficientemente. También tiene una baja probabilidad de fallar, ya que es un sistema autónomo sin partes mecánicas.

    • Enfriamiento por goteo: este tipo de enfriamiento experimental involucra el mismo tipo de proceso que se encuentra en los intercambiadores de calor.La principal diferencia es que el fluido en los intercambiadores de calor viaja a una distancia relativamente larga horizontalmente, mientras que aquí el fluido viaja a una distancia corta verticalmente. Lo bueno de este sistema es que reacciona automáticamente a los puntos calientes que se pueden formar en los circuitos integrados (CIs). Además, puede conducir e irradiar energía térmica como un disipador de calor, pero con mayor efecto porque puede conducir tanto en dirección horizontal como vertical.

     

    PC quemada

     

    Esto es lo que pasa cuando no hay ningún tipo de refrigeración.

    Quizás no pueda ayudarle a vencer el calor del verano, pero estas técnicas le ayudarán a refrescar sus tarjetas. Todos estos procesos pasivos le ahorrarán energía al circuito y, por lo general, ocuparán menos espacio que un sistema activo. Si la energía y el espacio son grandes preocupaciones para usted, pruebe uno de estos sistemas.

    Ahora que tiene un gran sistema de refrigeración, necesita una PCB para poder utilizarlo. Si va a diseñar tarjetas, le recomiendo que use CircuitStudio. Su plétora de herramientas avanzadas le ayudará a mantener la calma mientras hace diseños.

    ¿Tiene más preguntas sobre la gestión térmica? Comuníquese con un experto de Altium.

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    PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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