助けて、私のPCBエンクロージャーがオーブンになってしまった！

一部のPCBエンクロージャは、熱管理に非常に不向きです。すべてのボードが過剰な熱を発生させるわけではなく、エンクロージャをサウナのようにすることはありません。しかし、そのようなことが起こった場合、エンクロージャには熱を逃がすためのメカニズムが必要です。さもなければ、コンポーネントは過熱してしまいます。熱いコンポーネントから冷たいエンクロージャ表面への熱勾配は常に存在しますが、熱が逃げるための何らかのメカニズムがある場合にのみ、その勾配は維持されます。

したがって、コンポーネントをオーブンにしないようなPCBエンクロージャを設計したい場合は、ここにいくつかの戦略があります。エンクロージャとPCBの両方で、熱を取り除き、外界への望ましい熱勾配を維持するためにできることがあります。

エンクロージャをオーブンにするものは何か？

非常に熱くなるボードが多くあり、特にいくつかのコンポーネントは通常、熱の大部分を発生させます。これらは、大きなプロセッサ、大電流を供給する大きなFET、または高電流スイッチングレギュレータが最も一般的です。

もちろん、これらのコンポーネントは回路基板の周りの空気を加熱します。エンクロージャがなければ、自然対流がシステムをある程度冷却するのに役立ちます。しかし、ボードの周りにエンクロージャを置くと、停滞した熱い空気がエンクロージャをオーブンに変えます。エンクロージャに直接触れなくても、エンクロージャが非常に熱くなり、素手で触れることができないほどになることがあります。これは、製品を持ったり操作する人にとって明らかに非常に悪いことです。

エンクロージャ内で停滞した熱い空気がオーブン効果を生み出したことをいつ知ることができるでしょうか？考慮すべき他の2つの要因があります：

触れる温度。 何かが人間の手で触れるには熱すぎる温度は、常に周囲の環境からのデルタです。室温環境の製品の場合、製品は約45°Cで触れるには熱すぎることになります。したがって、これは何かが触れるには熱すぎる前にわずか25°Cの非常に低いデルタを与えます。

内部温度と外部温度。 エンクロージャ内でオーブン効果が働いている場合、エンクロージャ内の温度は触れる温度よりもはるかに熱くなる傾向があります。たとえば、シートメタルのエンクロージャの製品であっても、触れる温度と内部温度のデルタは20〜25°Cになる可能性があります。断熱エンクロージャの場合、そのデルタはもっと大きくなる可能性があります。

これらの温度を下げるためのいくつかのアイデア

熱いエンクロージャとさらに熱い内部温度の問題は、熱いコンポーネントから熱を遠ざける能力の欠如から始まります。コンポーネントは、高熱容量を持つ何か他のもの（ヒートシンクのような）を加熱するのではなく、周囲の空気を加熱します。PCBに銅を追加することで、熱を少し広げるのに役立つかもしれませんが、オーブン効果を防ぐことはできません。これは、問題がボードの周りの空気を加熱するコンポーネントから始まるためです。

この問題を軽減するためのいくつかのアイデアは、基板設計と筐体設計の両方から始まります。

• 自然対流のためのグリルまたは空気穴
• 強制冷却のための筐体取り付けファン
• 筐体に接合された大型ヒートシンク
• 筐体表面にヒートシンクフィンを構築
• 外部の筐体表面に外部空気流

これらのオプションはすべて、筐体から熱を引き離し、筐体内の熱い空気を取り除くことを目的としています。製品でオーブン効果が発生している場合、通常、デバイスを冷却するために複数のアイデアを実装する必要があります。

頑丈な電子機器のいくつかの例を見てみると、何を探すべきかがわかる場合、筐体にこれらの機能のいくつかが見られます。

例えば、以下に示されている頑丈なMIL-PRF組み込みコンピュータを見てください。これらのシステムは、フィンのセットを通じて筐体に直接ヒートシンクを統合します。また、最も重要なコンポーネントの周りに空気を引き込む高CFMファンを含むこともできます。これらの措置は、システムを安全な動作温度範囲内に保つだけでなく、人間が触れるのにも安全にします。

これらの機能を筐体に実装したい場合は、設計データを迅速に他のエンジニアリング分野に引き渡して、仕事を完了させる必要があります。つまり、必要なのは：

• 機械筐体設計者向けのMCADへの直接リンク
• Ansysのような熱シミュレーションシステムへの直接リンク
• PCB内の電力流れをシミュレートしてホットスポットを特定する能力

Altium Designer®は、Altium 365™プラットフォームを通じて、電気的および熱的性能の包括的な評価を可能にするこれらの機能を提供しています。MCADユーザーはPCBにアクセスし、ホットコンポーネントの周りにヒートシンクや筐体を設計できます。それが完了すると、設計を熱ソルバーアプリケーションに共有することで、システム全体をシミュレートできます。フロントエンドでは、パワーアナライザーが、電力回路の大電流によって生じる可能性のあるボードのホットスポットを分析するのに役立ちます。

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