Diskusija apie lustų šilumos išsklaidymo ir šilumos susidarymo sąvokas
Šiame straipsnyje daugiausia aptariamos lustų šilumos išsklaidymo/šildymo, šiluminės varžos, temperatūros kilimo ir šiluminio projektavimo sąvokos.
Skiedrų įkaitimas ir nuostoliai
Viena vertus, lusto galios praradimas reiškia skirtumą tarp efektyvios įvesties galios ir išėjimo galios, kuri vadinama išsklaidyta galia. Ši nuostolių dalis bus paversta šilumos išsiskyrimu. Šilumos generavimas nėra geras dalykas, todėl sumažės komponentų ir įrangos patikimumas. Tai rimtai sugadins lustą.
Sklaidos galia, kai kurių lustų SPEC bus šis parametras, nurodantis didžiausią leistiną galios sklaidą, galios sklaida ir šiluma yra atitinkami, kuo didesnis leistinas galios sklaidymas, atitinkama sandūros temperatūra taip pat bus didesnė.
Kita vertus, lusto energijos suvartojimas reiškia elektros įrenginių sunaudotą energijos kiekį per laiko vienetą, o vienetas yra W, pvz., 2000 W oro kondicionierius ir pan.
Šiluminė varža ir temperatūros kilimas
Visi žinome posakį: sniegas neatvėsina, o sniegas tampa šaltas. Tai yra fizinis procesas. Sniego kritimas yra desublimacijos ir egzotermijos procesas, o tirpstantis sniegas yra tirpimo ir šilumos sugėrimo procesas. Mikroschemos temperatūros kilimas priklauso nuo aplinkos temperatūros (25 laipsniai), todėl reikia paminėti šiluminės varžos sąvoką.
Šiluminė varža reiškia santykį tarp temperatūrų skirtumo abiejuose objekto galuose ir šilumos šaltinio galios, kai šiluma perduodama ant objekto, o vienetas yra laipsnis /W arba K/W. Kaip parodyta paveikslėlyje žemiau, kai lustas yra lituojamas ant PCB, yra trys pagrindiniai lusto šilumos išsklaidymo keliai, atitinkantys tris šilumines varžas.
1. Šiluminė varža nuo lusto vidinės pusės iki apvalkalo ir kaiščių – lustas yra fiksuotas ir jo keisti negalima.
2. Šiluminė varža nuo lusto kaiščių iki PCB plokštės – nustatoma dėl gero litavimo ir PCB plokštės.
3. Šiluminė varža nuo lusto korpuso iki oro – nulemta šilumos kriauklės ir lusto periferinės erdvės. Puslaidininkinių lustų šiluminės varžos parametrai
Ta yra aplinkos temperatūra, Tc yra korpuso paviršiaus temperatūra, o Tj yra sandūros temperatūra. Θja: šiluminė varža tarp sandūros temperatūros (Tj) ir aplinkos temperatūros (Ta). Θjc: šiluminė varža tarp sandūros temperatūros (Tj) ir korpuso paviršiaus temperatūros (Tc). Θca: šiluminė varža tarp korpuso paviršiaus temperatūros (Tc) ir aplinkos temperatūros (Ta).
Šiluminės varžos skaičiavimo formulė yra tokia: Θja=(Tj-Ta)/Pd → Tj=Ta plius Θja*Pd čia Θja*Pd – temperatūros kilimas, kuris taip pat gali būti vadinamas kaloringumu .
1. Esant pastoviai šiluminei varžai, kuo mažesnis energijos suvartojimas Pd, tuo žemesnė bus temperatūra.
2. Esant tam tikram energijos suvartojimui, kuo mažesnė šiluminė varža, tuo geriau, o kuo mažesnė šiluminė varža, tuo geresnis šilumos išsiskyrimas.
Sankryžos temperatūros skaičiavimo klaidos
Daugelis žmonių naudoja šią formulę sandūros temperatūrai apskaičiuoti: Tj=Ta plius Θja*Pd, kuri nurodyta TI dokumentacijoje, tačiau ji nėra tiksli.
Bendra reikšmė yra ta, kad Θja yra kelių kintamųjų funkcija, kuri negali atspindėti tikrosios ant PCB lituoto lusto padėties ir turi stiprią koreliaciją su PCB konstrukcija ir lusto/pado dydžiu. Keičiantis šiems veiksniams, keisis ir Θja reikšmė. Yra didelis skirtumas tarp lustų gamintojų, testuojančių Θja, ir mūsų faktinio naudojimo, todėl ji naudojama skaičiuojant sandūros temperatūrą, o paklaida bus didelė.
Šiluminė varža Θja turi stiprią koreliaciją su šiais parametrais
Tuo pačiu metu naudojant formulę Tj=Tc plius Θjc*Pd lusto apvalkalo temperatūrai Tc išmatuoti infraraudonųjų spindulių kamera, o tada apskaičiuoti Tj nėra labai tikslu. Gamintojo pateiktos Θja ir Θjc gali būti labiau tam, kad įvertintume lusto šilumines charakteristikas ir palygintume su kitais lustais.
Kai kurių lustų parametruose bus ΨJT ir ΨJB. Šie du parametrai nėra tikroji šiluminė varža. Lustų gamintojų ΨJT ir ΨJB bandymo metodas yra labai artimas tikrojo įrenginio taikymo aplinkai, todėl jį galima naudoti jungties temperatūrai įvertinti. Jį taip pat naudoja pramonė, ir matyti, kad šie du parametrai yra mažesni nei Θja ir Θjc, todėl esant vienodoms energijos sąnaudoms, sankryžos temperatūra, apskaičiuota pagal Θja, yra aukštesnė nei faktinė temperatūra .
ΨJT reiškia sankryžą iki paketo viršaus, parametras nuo sankryžos iki paketo apvalkalo, skaičiavimo formulė yra Tj=Tc plius ΨJT*Pd, Tc yra lusto apvalkalo temperatūra. ΨJB, reiškia jungties su plokšte, jungties su PCB plokštę parametrus, skaičiavimo formulė yra tokia: Tj=Tb plius ΨJB*Pd, Tb yra PCB plokštės temperatūra.
ΨJT ir ΨJB gali būti naudojami sandūros temperatūrai apskaičiuoti
Šiluminis dizainas
Šiluminė konstrukcija yra tokia pati kaip EMC problema, geriausia ją išspręsti ankstyvoje stadijoje, kitaip vėlesnis ištaisymas bus labai varginantis. Ankstyvajame projektavimo etape atsižvelgiama į struktūrą, PCB krovimą, išdėstymą, apdailą ir kt., o vėlesniame etape atsižvelgiama į šilumos išsklaidymo medžiagas.
