Pomocy, moja obudowa PCB to piekarnik!

Niektóre obudowy PCB są naprawdę złe pod względem zarządzania ciepłem. Nie wszystkie płyty generują nadmierną ilość ciepła, tak że zamieniają obudowę w saunę. Ale kiedy już do tego dojdzie, obudowa musi mieć mechanizm, który pozwala na rozpraszanie ciepła, w przeciwnym razie komponenty staną się zbyt gorące. Zawsze będzie istniał gradient termiczny od gorących komponentów do chłodniejszej powierzchni obudowy, ale gradient ten jest utrzymywany tylko wtedy, gdy istnieje jakiś mechanizm umożliwiający ucieczkę ciepła. Więc jeśli chcesz zaprojektować swoją obudowę PCB tak, aby nie stała się piekarnikiem dla twoich komponentów, oto kilka strategii, które ci w tym pomogą. Są rzeczy, które możesz zrobić na obudowie, jak i na PCB, aby usunąć ciepło i utrzymać pożądany gradient termiczny na zewnątrz.

Co sprawia, że obudowa staje się piekarnikiem?

Istnieje wiele płyt, które mogą się bardzo nagrzewać, a szczególnie kilka komponentów, które zazwyczaj generują lwią część ciepła. Są to najczęściej duże procesory, duże FETy dostarczające duże prądy lub wysokoprądowe regulatory przełączające. Oczywiście te komponenty będą nagrzewać powietrze wokół płyty drukowanej. Gdyby nie było obudowy, naturalna konwekcja pomogłaby nieco ochłodzić system. Ale kiedy umieścisz obudowę wokół płyty, stagnujące gorące powietrze zamienia twoją obudowę w piekarnik. Nawet bez bezpośredniego kontaktu z obudową, obudowa może stać się tak gorąca, że nie można jej dotknąć gołymi rękami. To oczywiście dość złe, jeśli ktoś ma trzymać lub wchodzić w interakcję z twoim produktem.

Kiedy będziesz wiedzieć, że stagnujące gorące powietrze stworzyło efekt piekarnika w twojej obudowie? Są dwa inne czynniki do rozważenia: Temperatura dotyku. Temperatura, przy której coś jest zbyt gorące, aby móc tego dotknąć gołymi rękami, zawsze jest deltą od otaczającego środowiska. Dla produktu w środowisku o temperaturze pokojowej, produkt będzie zbyt gorący do dotknięcia przy około 45 °C. Daje to bardzo niską deltę wynoszącą tylko 25 °C, zanim coś stanie się zbyt gorące do dotknięcia. Temperatura wewnętrzna vs zewnętrzna. Gdy efekt piekarnika działa wewnątrz twojej obudowy, temperatura wewnątrz obudowy będzie zwykle znacznie wyższa niż temperatura dotyku. Nawet dla produktu w obudowie z blachy, delta między temperaturą dotyku a temperaturą wewnętrzną może wynosić 20 do 25 °C. Dla izolującej obudowy, ta delta może być znacznie większa.

Kilka pomysłów na obniżenie tych temperatur

Problem z gorącą obudową i jeszcze gorętszą temperaturą wewnętrzną zaczyna się od niezdolności do odprowadzenia ciepła od gorących komponentów. Komponenty te nagrzewają powietrze wokół nich, zamiast nagrzewać coś innego o dużej masie termicznej (jak radiator). Dodanie więcej miedzi w PCB może pomóc rozprowadzić trochę ciepła, ale nie zapobiega efektowi piekarnika. Problem zaczyna się bowiem od komponentów, które nagrzewają powietrze wokół płyty.

Kilka pomysłów na zmniejszenie tego problemu zaczyna się zarówno od projektowania płyty, jak i projektowania obudowy.

• Krata lub otwory wentylacyjne dla naturalnej konwekcji
• Wentylatory montowane na obudowie dla wymuszonego chłodzenia
• Duży radiator na płycie połączony z obudową
• Budowanie żeber radiatora na powierzchni obudowy
• Zewnętrzny przepływ powietrza przez zewnętrzne powierzchnie obudowy

Wszystkie te opcje mają na celu odprowadzenie ciepła z obudowy, usunięcie gorącego powietrza z wnętrza obudowy lub jedno i drugie. Kiedy w twoim produkcie występuje efekt piekarnika, zazwyczaj musisz zaimplementować wiele pomysłów, aby schłodzić urządzenie.

Spójrz na niektóre przykłady elektroniki wzmocnionej, a zobaczysz niektóre z tych funkcji na obudowie, jeśli wiesz, czego szukać.

Na przykład, spójrz na poniżej pokazany wzmocniony komputer wbudowany MIL-PRF. Te systemy integrują radiatory bezpośrednio z obudową poprzez zestaw żeber. Mogą również zawierać wentylator o wysokim przepływie powietrza, który przepycha powietrze wokół najważniejszych komponentów. Razem, te środki pomagają utrzymać systemy w bezpiecznym limicie temperatury operacyjnej, jak również bezpieczne do dotyku dla ludzi.

Jeśli chcesz zaimplementować te funkcje w swojej obudowie, musisz szybko przekazać dane projektowe do innych dyscyplin inżynieryjnych, aby wykonać zadanie. Oznacza to, że potrzebujesz:

• Bezpośredniego połączenia z MCAD dla mechanicznego projektanta obudowy
• Bezpośredniego połączenia z systemem symulacji termicznej, takim jak Ansys
• Możliwości symulacji przepływu mocy na PCB, aby zidentyfikować gorące punkty

Altium Designer® teraz oferuje te możliwości, aby kompleksowo ocenić płyty pod kątem wydajności elektrycznej i termicznej za pośrednictwem platformy Altium 365™. Użytkownicy MCAD mogą uzyskać dostęp do PCB i projektować radiatory oraz obudowy wokół gorących komponentów. Po zakończeniu, cały system może być symulowany poprzez udostępnienie projektu do aplikacji rozwiązującej problemy termiczne. Na początku, analyzer mocy pomaga analizować gorące punkty na płycie, które mogą powstać z powodu dużych prądów w obwodach zasilania.

Przedstawiliśmy tylko część możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.