Giúp đỡ, Vỏ PCB của tôi giống như một cái lò nướng!

Một số vỏ PCB thực sự tồi tệ cho việc quản lý nhiệt. Không phải tất cả các bảng mạch phát ra lượng nhiệt quá mức đến mức chúng biến vỏ thành một phòng xông hơi. Nhưng khi điều đó xảy ra, vỏ cần phải có một cơ chế cho phép nhiệt thoát ra, nếu không các linh kiện sẽ nóng quá mức. Luôn luôn có một gradient nhiệt từ các linh kiện nóng đến bề mặt vỏ mát hơn, nhưng gradient này chỉ được duy trì nếu có một cơ chế nào đó cho phép nhiệt thoát ra.

Vì vậy, nếu bạn muốn thiết kế vỏ PCB của mình sao cho nó không trở thành lò nướng cho các linh kiện của bạn, đây là một số chiến lược sẽ giúp bạn. Có những việc bạn có thể làm trên vỏ, cũng như trên PCB, để loại bỏ nhiệt và duy trì một gradient nhiệt mong muốn ra bên ngoài.

Điều Gì Khiến Một Vỏ Trở Thành Lò Nướng?

Có nhiều bảng mạch có thể chạy khá nóng, và đặc biệt là có một số linh kiện thường phát ra phần lớn nhiệt. Những linh kiện này thường là các bộ xử lý lớn, FET lớn cung cấp dòng điện lớn, hoặc các bộ điều chỉnh chuyển mạch dòng điện cao.

Tất nhiên, những linh kiện này sẽ làm nóng không khí xung quanh bảng mạch. Nếu không có vỏ, thì đối lưu tự nhiên sẽ giúp làm mát hệ thống đến một mức độ nào đó. Nhưng khi bạn đặt một vỏ xung quanh bảng mạch, không khí nóng đọng lại biến vỏ của bạn thành một lò nướng. Ngay cả khi không tiếp xúc trực tiếp với vỏ, vỏ có thể nóng đến mức bạn không thể chạm vào nó bằng tay không. Điều này rõ ràng là khá tồi tệ nếu ai đó sẽ cầm hoặc tương tác với sản phẩm của bạn.

Khi nào bạn sẽ biết rằng không khí nóng đọng lại đã tạo ra hiệu ứng lò nướng trong vỏ của bạn? Có hai yếu tố khác cần xem xét:

Nhiệt độ chạm. Nhiệt độ mà một vật quá nóng để tay người chạm vào luôn là một delta so với môi trường xung quanh. Đối với một sản phẩm trong môi trường nhiệt độ phòng, sản phẩm sẽ quá nóng để chạm vào ở khoảng 45 °C. Vì vậy, điều này chỉ tạo ra một delta rất thấp chỉ 25 °C trước khi một vật quá nóng để chạm vào.

Nhiệt độ bên trong so với bên ngoài. Khi hiệu ứng lò nướng đang hoạt động bên trong vỏ của bạn, nhiệt độ bên trong vỏ sẽ có xu hướng nóng hơn nhiều so với nhiệt độ chạm. Ngay cả đối với một sản phẩm trong vỏ kim loại, delta giữa nhiệt độ chạm và nhiệt độ bên trong có thể là 20 đến 25 °C. Đối với một vỏ cách nhiệt, delta này có thể lớn hơn nhiều.

Một Số Ý Tưởng Để Giảm Những Nhiệt Độ Này

Vấn đề với một vỏ nóng và nhiệt độ bên trong còn nóng hơn bắt đầu từ khả năng không thể di chuyển nhiệt ra khỏi các linh kiện nóng. Các linh kiện làm nóng không khí xung quanh chúng, thay vì làm nóng một cái gì đó khác có khối lượng nhiệt cao (như một tản nhiệt). Thêm nhiều đồng vào PCB có thể giúp lan tỏa nhiệt một chút, nhưng nó không ngăn chặn hiệu ứng lò nướng. Điều này là bởi vì vấn đề bắt đầu từ các linh kiện làm nóng không khí xung quanh bảng mạch.

Một số ý tưởng để giảm bớt vấn đề này bắt đầu từ thiết kế bảng mạch và thiết kế vỏ.

• Lưới hoặc lỗ thông hơi cho sự đối lưu tự nhiên
• Quạt gắn trên vỏ cho làm mát bằng cưỡng bức
• Một tản nhiệt lớn trên bảng mạch được gắn vào vỏ
• Xây dựng cánh tản nhiệt trên bề mặt vỏ
• Luồng khí bên ngoài qua bề mặt vỏ bên ngoài

Tất cả các phương án này đều nhằm mục đích kéo nhiệt ra khỏi vỏ, loại bỏ không khí nóng bên trong vỏ, hoặc cả hai. Khi hiệu ứng lò nướng xảy ra trong sản phẩm của bạn, bạn thường cần thực hiện nhiều ý tưởng để làm mát thiết bị.

Hãy xem xét một số ví dụ về điện tử chịu lực, và bạn sẽ thấy một số tính năng này trên vỏ nếu bạn biết cách tìm kiếm.

Ví dụ, hãy xem xét máy tính nhúng MIL-PRF chịu lực dưới đây. Các hệ thống này tích hợp tản nhiệt trực tiếp vào vỏ thông qua một bộ cánh. Chúng cũng có thể bao gồm một quạt CFM cao hút không khí xung quanh các thành phần quan trọng nhất. Cùng nhau, những biện pháp này giúp giữ cho hệ thống ở mức nhiệt độ hoạt động an toàn, cũng như an toàn khi chạm vào cho con người.

Nếu bạn muốn triển khai những tính năng này trong vỏ của mình, thì bạn cần chuyển giao dữ liệu thiết kế nhanh chóng cho các ngành kỹ thuật khác để hoàn thành công việc. Điều này có nghĩa là bạn cần:

• Một liên kết trực tiếp đến MCAD cho một nhà thiết kế vỏ cơ khí
• Một liên kết trực tiếp đến hệ thống mô phỏng nhiệt như Ansys
• Khả năng mô phỏng dòng điện trong PCB để xác định các điểm nóng

Altium Designer® hiện đang cung cấp những khả năng này để đánh giá toàn diện bảng mạch về hiệu suất điện và nhiệt thông qua nền tảng Altium 365™. Người dùng MCAD có thể truy cập vào PCB và thiết kế tản nhiệt và vỏ xung quanh các thành phần nóng. Một khi hoàn thành, toàn bộ hệ thống có thể được mô phỏng bằng cách chia sẻ thiết kế vào ứng dụng giải quyết nhiệt. Ở phía trước, một phân tích viên năng lượng giúp phân tích các điểm nóng trên bảng mạch có thể phát sinh do dòng điện lớn trong mạch điện.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngày hôm nay.