Помогите, мой корпус для печатной платы превратился в печь!

Некоторые корпуса для печатных плат очень плохо справляются с тепловым управлением. Не все платы генерируют избыточное количество тепла так, чтобы превратить корпус в сауну. Но когда это происходит, корпус должен иметь механизм, позволяющий рассеивать тепло, иначе компоненты будут слишком горячими. Всегда будет тепловой градиент от горячих компонентов к более прохладной поверхности корпуса, но этот градиент поддерживается только если есть механизм для выхода тепла.

Так что если вы хотите спроектировать корпус для вашей печатной платы так, чтобы он не превращался в духовку для ваших компонентов, вот несколько стратегий, которые помогут вам. Есть вещи, которые вы можете сделать как на корпусе, так и на печатной плате, чтобы убрать тепло и поддерживать желаемый тепловой градиент к внешнему миру.

Что превращает корпус в духовку?

Есть много плат, которые могут сильно нагреваться, и в частности есть несколько компонентов, которые обычно генерируют львиную долю тепла. Это, как правило, большие процессоры, большие FET, пропускающие большие токи, или регуляторы с высоким током коммутации.

Конечно, эти компоненты будут нагревать воздух вокруг печатной платы. Если бы корпуса не было, то естественная конвекция помогла бы немного охладить систему. Но когда вы помещаете корпус вокруг платы, застойный горячий воздух превращает ваш корпус в духовку. Даже без прямого контакта с корпусом, корпус может стать настолько горячим, что его нельзя касаться голыми руками. Это, очевидно, довольно плохо, если кто-то собирается держать или взаимодействовать с вашим продуктом.

Когда вы узнаете, что застойный горячий воздух создал эффект духовки в вашем корпусе? Есть два других фактора, которые следует учитывать:

Температура на ощупь. Температура, при которой что-то слишком горячее для прикосновения человеческой руки, всегда является дельтой от окружающей среды. Для продукта в комнатной температуре продукт будет слишком горячим для прикосновения приблизительно при 45 °C. Так что это дает очень низкую дельту всего в 25 °C до момента, когда что-то становится слишком горячим для прикосновения.

Внутренняя против внешней температуры. Когда эффект духовки работает внутри вашего корпуса, температура внутри корпуса будет иметь тенденцию быть намного горячее, чем температура на ощупь. Даже для продукта в корпусе из листового металла, дельта между температурой на ощупь и внутренней температурой может быть 20 до 25 °C. Для изолирующего корпуса эта дельта может быть намного больше.

Некоторые идеи для снижения этих температур

Проблема с горячим корпусом и еще более горячей внутренней температурой начинается с неспособности отводить тепло от горячих компонентов. Компоненты нагревают воздух вокруг них, а не что-то другое с высокой тепловой массой (например, радиатор). Добавление большего количества меди в печатную плату может помочь немного рассеять тепло, но это не предотвращает эффект духовки. Это потому, что проблема начинается с компонентов, нагревающих воздух вокруг платы.

Некоторые идеи по уменьшению этой проблемы начинаются как с дизайна платы, так и с дизайна корпуса.

• Решетки или вентиляционные отверстия для естественной конвекции
• Вентиляторы, установленные на корпусе, для принудительного охлаждения
• Большой радиатор на плате, соединенный с корпусом
• Создание ребер радиатора на поверхности корпуса
• Внешний воздушный поток над внешними поверхностями корпуса

Все эти варианты предназначены для отвода тепла от корпуса, удаления горячего воздуха изнутри корпуса или и того, и другого. Когда в вашем продукте происходит эффект печи, обычно необходимо реализовать несколько идей для охлаждения устройства.

Посмотрите на некоторые примеры прочной электроники, и вы увидите некоторые из этих функций на корпусе, если знаете, что искать.

Например, посмотрите на прочный встроенный компьютер MIL-PRF, показанный ниже. Эти системы интегрируют радиаторы непосредственно в корпус через набор ребер. Они также могут включать вентилятор с высоким CFM, который протягивает воздух вокруг наиболее важных компонентов. Вместе эти меры помогают поддерживать системы в пределах безопасного рабочего температурного режима, а также делают их безопасными на ощупь для человека.

Если вы хотите реализовать эти функции в своем корпусе, то вам нужно быстро передать данные дизайна другим инженерным дисциплинам для выполнения работы. Это означает, что вам нужно:

• Прямая связь с MCAD для дизайнера механического корпуса
• Прямая связь с системой термического моделирования, такой как Ansys
• Возможность моделировать поток мощности в ПП для идентификации горячих точек

Altium Designer® теперь предлагает эти возможности для комплексной оценки плат с точки зрения электрической и термической производительности через платформу Altium 365™. Пользователи MCAD могут получить доступ к ПП и разрабатывать радиаторы и корпуса вокруг горячих компонентов. После этого вся система может быть смоделирована путем обмена дизайном с приложением для термического анализа. На начальном этапе анализатор мощности помогает анализировать горячие точки на плате, которые могут возникнуть из-за больших токов в силовых цепях.

Мы только начали раскрывать возможности Altium Designer на Altium 365. Начните свой бесплатный пробный период Altium Designer + Altium 365 уже сегодня.