Wie hält man einen Linearregler ohne Kühlkörper kühl?

Ich möchte für einige Anwendungen einen Linearregler verwenden, der in einem SOT-223-Paket (nicht SOT-89) enthalten ist. Wie halte ich es kühl, vorzugsweise ohne sperrigen Kühlkörper? Der Regler kann 2-3 W Wärme abführen. Ich habe gehört, dass Sie Kupferspuren unter dem Regler auf der Leiterplatte verwenden können, um den Regler kühl zu halten. Hat jemand irgendwelche Referenzen dazu?

Sie werden nicht in der Lage sein, so viel Wärme mit nur Kupferspuren abzuleiten, um die Wärme abzuleiten. (Ein SOT-89 ist auch ein sehr kleines Paket. Sind Sie sicher, dass ein bestimmtes Teil in diesem speziellen Paket für 3 W ausgelegt ist?)

Ich verwende D-Pak-Gehäuse mit viel Kupfer auf den vier Schichten und Durchkontaktierungen, um dem Gerät viel Kupfer für einen Kühlkörper zu geben.

Dies funktioniert relativ gut für Lasten mit niedrigem Arbeitszyklus, funktioniert jedoch nicht gut für Anwendungen mit kontinuierlicher Last (es besteht eine hohe Wärmebeständigkeit gegenüber der Luft). Für hohe Anforderungen an die Verlustleistung benötigen Sie Lamellen und Luft, die sich über sie bewegen. Wenn Sie keine anderen Leiterplatten bauen als ich weiß, benötigen Sie einen Kühlkörper, um diese Lamellen zu erhalten.

Mir ist klar, dass dies Ihre Frage nicht direkt beantwortet, sondern etwas, das Sie vielleicht in Betracht ziehen möchten.

Anstatt so viel Energie zu verbrauchen, können Sie einen Abwärtswandler vor Ihren Linearregler stellen. Lassen Sie den Dollar mit einer Spannung ausgeben, die knapp über der von Ihrem Linearregler geforderten Spannung liegt.

Dies verringert nicht nur die Wärmemenge, die Sie abführen müssen, sondern verbessert auch die Effizienz Ihres Designs.

Was den Kühlkörper betrifft, neige ich dazu, mehrere Durchkontaktierungen direkt an meiner Grundebene anzubringen. Die Grundebene scheint sehr gut Wärme abzuleiten. Wenn Sie zu einer 4+ Lagenplatte gehen und die Grundebene intern haben, ist die Wärmeableitung nicht annähernd so gut.

Es sind die Gesetze der Physik. Sie müssen 3 W durch Geräte mit großem Wärmewiderstand ableiten, da es zu einem Temperaturanstieg kommt. Durch die Verwendung von Kupferspuren kann die Wärme von oberflächenmontierten Geräten in die Leiterplatte geleitet werden. Aber diese Hitze muss noch versenkt werden.

Bei einem SOT223-Gerät liegt der Rj-a-Wert bei 91 K / W, was bedeutet, dass bei zwei bis drei Watt eine Anstiegstemperatur von 273 K zu erwarten ist. Dadurch wird Ihr Gerät gekocht. Der Rj-s-Widerstand (Übergang zwischen Lötpunkt und Lötpunkt) beträgt 10 K / W. Vorausgesetzt, Ihre Platine kann die Wärme abführen, liegt das Gerät 30 K über der Umgebungstemperatur.

Wenn Ihre Platine in einem Metallgehäuse montiert ist, können Sie mit ein wenig Konstruktionsaufwand die großen Wärmeleitpads auf der Leiterplatte an den Inseln auf dem Metallgehäuse ausrichten.

        /---\                        hot device    
==================================   PCB
_______/     \______/    \______     Metal enclosure

Die Verwendung großer Kupferkissen auf jeder Schicht mit viel Durchkontaktierung hilft bei der Wärmeübertragung. Das einzige andere Problem besteht darin, die Leiterplatte am Metallgehäuse festzuklemmen und ausreichend Druck und Wärmeleitpaste aufzubringen, damit die Leiterplatte Wärme in das Gehäuse leiten kann.

Dadurch wird die Wärme effektiv von der Komponente auf die Platine und in das Gehäuse übertragen. So wird das Gehäuse effektiv zum Kühlkörper.

Ohne einen Kühlkörper auf der Platine reduzieren Sie den Rj-a von 91 K / W auf einen niedrigeren Wert. Was dieser Wert ist, müssen Sie experimentell bestimmen. Stellen Sie eine einfache Leiterplatte mit dem betreffenden Gerät und Wärmeleitpads auf jeder Schicht mit Durchkontaktierungen her und erhöhen Sie dann die Leistung, die Sie durch das Gerät führen, von weniger als einem Watt sanft auf zwei / drei Watt und verwenden Sie ein Thermoelement Notieren Sie die Temperatur auf der Platine und dem Gerät. Auf diese Weise können Sie den Rj-a-Wert des Geräts auf Ihrer Leiterplatte berechnen.

Ja, Sie können das Gerät über die Platine kühlen. Beachten Sie, dass dies eine angemessene Menge an Oberfläche erfordert. Erwarten Sie nicht, dass die gesamte Platine der Komponente einen Kühleffekt verleiht, z. B. wenn sich die Lasche in der Grundebene befindet. Die einzige effektive Fläche liegt meiner Meinung nach zwischen 6 cm und 8 cm.

Die Via oder kleinen Löcher, die Sie normalerweise in diesen Ebenen sehen, sind thermische Via. Auf der anderen Seite der Platine befindet sich wahrscheinlich auch eine Kupferebene. Dies erhöht die Wärmekühlung, ist jedoch möglicherweise schwierig durchzuführen, wenn Sie Ihre eigenen Boards im eigenen Haus als Prototyp erstellen. Die Löcher können nicht so groß sein (in der Größenordnung von einigen Zehntel mm).

Ich habe neulich einen Schaltregler gebaut, der auch etwas Kühlung benötigt. Es war in einem TO-263-Gehäuse, das etwas größer ist. Das Datenblatt von National auf Seite 4 und 5 gab jedoch an, dass ich mit 1 Quadratzoll Kupferfläche einen Kühlwiderstand von 26 ° C / W hatte. Das ist JA, was nicht schlecht ist. Wenn Sie 3 W abgeben, würde dies 75 ° C über der Umgebungstemperatur hinzufügen, was gut genug ist. In diesem speziellen Fall habe ich die Leiterplatte auf einer Amateur-Ätzmaschine hergestellt, daher habe ich den Bereich doppelt so groß gemacht, da die Lötverbindung zum Pab schwieriger herzustellen ist.

Wie unter Low Profile Power Dissipation beschrieben , können Sie möglicherweise etwas Wärme in einer anderen Komponente (vorgeschalteter Widerstand oder zweiter Regler) verschwenden, sodass Ihr Regler nicht so viel abführen muss. Sie müssen die Berechnungen für die minimalen und maximalen Spannungen sowie die minimalen und maximalen Lasten durchführen, die Sie erwarten.

Dies kann sehr brutal sein, und ich habe keine thermischen Schätzungen zu Ihren Anforderungen vorgenommen. Eine Option, wenn die physische Größe eines Kühlkörpers ein Problem darstellt, besteht darin, die Platine oder den Gerätebereich mit einer Verbindung mit geringem Wärmewiderstand zu füllen. Ich habe dies mit einfachem alten Araldit gesehen, um die thermische Belastung zu verteilen. Wenn das Vergießen in einem Metallgehäuse erfolgt, haben Sie auch den Vorteil der Metallarbeiten. Wohlgemerkt - das macht die Überarbeitung ein bisschen schwierig!

Während ich die gleiche Frage für einen SOT-223-Paketschalttransistor recherchierte, stieß ich auf das Referenzhandbuch für Löt- und Montagetechniken von ON Semiconductor (hier zu finden: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/SOLDERRM-D.PDF) ). Dies ist eine Zusammenstellung von Artikeln zu thermischen und Montageaspekten und enthält Dutzende von Footprints für gängige Pakettypen (einschließlich SOT-223). Es enthält auch Artikel zur Vorbereitung von Leiterplatten-Kühlkörperhalterungen, Wärmeleitpaste und anderen Techniken, die ich zuvor noch nicht in Betracht gezogen hatte. Das Dokument wurde kürzlich im Juli 2014 überarbeitet.

Ich fand es lohnenswert durchzusehen.