Wie werden die Abmessungen des PCB-Kühlkörpers bestimmt?

Texas Instruments hat diese praktische Anleitung für PCB-Kühlkörper. AN-2020 Thermal Design By Insight, Not Hindssight

Angesichts der folgenden ...

Ta = 25 °C

Tj_max = 150 °C

Theta_Jc = 20,5 °C/W

P = 3,9 W

Der maximal zulässige Wärmewiderstand zwischen Verbindung und Umgebung beträgt ...

Theta_Ja_max = (Tj_Max – Ta) / P = 32 °C/W.

Der thermische Gesamtwiderstand (Theta_Ja) ist die Summe des thermischen Widerstands zwischen Sperrschicht und Gehäuse (Theta_Jc) und des thermischen Widerstands zwischen Gehäuse und Umgebung (Theta_ca).

Theta_Ja = Theta_Jc + Theta_ca

Deshalb...

Theta_ca = Theta_Ja – Theta_Jc = 32 °C/W – 20,5 °C/W = 11,5 °C/W.

In ruhender Luft mit natürlicher Konvektion ergibt ein 1 Quadratzoll großes Kupferpad typischerweise Theta_ca von ungefähr 40C/W. Um 11,5 C/W zu erhalten, würden Sie sich ein sehr großes Pad ansehen. Außerdem würden Sie mehrere Kupferschichten benötigen, um die Wärme auf eine ausreichend große Oberfläche leiten zu können.

Wenn Sie darauf bestehen, diesen Teil zu verwenden, benötigen Sie höchstwahrscheinlich eines oder mehrere der folgenden ...

• Durch die Verwendung eines Lüfters zur Erhöhung des Luftstroms wird der Wärmewiderstand der Verbindungsstelle zum Umgebungswärme drastisch reduziert. Der Lüfter würde direkt über dem Teil platziert werden, der auf Ihr 1 Quadratzoll Kupferpad bläst.
• Es könnte ein gerippter Kühlkörper zur Leiterplattenmontage verwendet werden. Aber diese Methode wird teuer sein und selbst dann können Sie sie möglicherweise nicht zum Laufen bringen.
  • Um die Wärme zum Kühlkörper zu bringen, müsste der Kühlkörper direkt auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte platziert werden. Sie müssten die Wärme durch die Platine leiten, indem Sie ein Gitter aus thermischen Durchkontaktierungen direkt unter dem Pad platzieren.
  • Durchkontaktierungen selbst haben keine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, daher müssten Sie sie mit Silber oder einem anderen Material mit hoher Leitfähigkeit füllen.
  • Das Pad unter dem Teil ist nicht sehr groß, sodass Sie möglicherweise nicht einmal genügend Durchkontaktierungen anbringen können, damit diese Methode funktioniert.

Mein Rat wäre, ein anderes Teil zu finden.

Ja, Sie sehen einen anständigen Grill.

Da der MCP73213 intern begrenzt ist, ist es wichtig, seine Temperatur unter dieser Wattzahl zu halten, um einen konstanten Stromausgang zu erreichen. Ich könnte mich irren, weil das Design von Kühlkörpern nicht meine Spezialität ist, aber hier sind meine zwei Cent:

Um den thermischen Widerstand des "Profils" zu berechnen, das benötigt wird, um Ihren IC kühl zu halten, verwenden wir:

T_J max = 125 C T_A (die Umgebungstemperatur) = 25 (Sie können diese Funktion mit T_A als Variable grafisch darstellen und sehen, wie sich die Anforderungen ändern). Theta_JC = 20,4 Theta_CS = Hängt davon ab, wie Sie den IC montieren und wie gut er mit Ihrer PCB-Spur koppelt. Durch die Verwendung einer Wärmeleitpaste wird dieser Wert niedrig gehalten. ((125 - 25) C/3,9 W)-(20,5 C/W + 1 C/W) = 4,14 C/W

4.14 C/W ist ein großer Grill!

Formular aus dem App-Hinweis:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/Design%20Considerations%20for%205V%20to%203.3V%20Pass%20Regulators.pdf

Das Datenblatt ist relativ spärlich in Bezug auf Informationen zur allgemeinen Effizienz und scheint eine flache Temperatur zu haben. reagiert beim Laden. Wir sehen jedoch keine Diagramme für mehr als 500 mA. Bei 1000 mA Dauerstrom sollten Sie folgendes beachten: Leiterbahn mit viel Kupfer zur Wärmeableitung - wenn möglich sogar Vias verwenden und Backplate zur Wärmeableitung verwenden. Montieren Sie einen großen Grill und erwägen Sie, einen Lüfter hinzuzufügen, um eine Strömung zu erzeugen. Dies verbessert die thermischen Fähigkeiten jedes Grills erheblich.

Allgemeine Informationen zu Wärme: http://www.designworldonline.com/how-to-select-a-suitable-heat-sink/ Hervorragende Ressource zum Verständnis verschiedener Parameter.

Standard-Kupferfolie (standardmäßig 1 Unze/Fuß^2 Folie, 1,4 mil dick, 35 Mikron dick) hat einen thermischen Widerstand von 70 Grad Celsius pro Watt seitlichem Wärmefluss pro Folienquadrat. Für Folienquadrate jeder Größe.

Können Sie einen kleinen Ventilator verwenden, um die Folie zu kühlen?

Wenn Sie 3,9 W abführen möchten und die Die-Temperatur auf 150 °C halten müssen, müssen Sie einen Wärmewiderstand von 38,4 °C/W oder weniger haben.
62°C/W ist eine Eigenschaft dieses Gerätes/Gehäuses, daran werden Sie nichts ändern.
Sie müssen einen anderen Fall wählen, nicht 3x3 DFN. Oder setzen Sie den Kühlkörper auf diesen Chip (PCB-Kühlkörper reichen in diesem Fall nicht aus). Oder wählen Sie einen anderen Chip oder wiederholen Sie Ihr Design (Sie können LDO zu Ihrer Schaltung vor diesem IC hinzufügen, um die Spannung auf beispielsweise 5 V zu senken).