Frage:
Wie kann ich den Temperaturanstieg einer Leiterplatte für eine bestimmte Verlustleistung und Fläche berechnen?
Stephen Collings
2015-03-25 21:48:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ich habe eine Leiterplatte von ungefähr 4 "x 4". Es hat eine einzige lange spiralförmige Spur. Die Spur ist 50 mil 4 oz Kupfer, also nominell ist es gut für ungefähr zwanzig Ampere, bevor es überhitzt. Aber dieses Board überhitzt viel schneller. Ich gehe davon aus, dass die Wicklungen, die so nahe beieinander liegen, einen zusammensetzenden Effekt auf die Wärme haben.

Nun könnte ich vermutlich die Oberfläche der Leiterplatte vergrößern und dadurch die gleiche Leistung mit weniger Temperaturanstieg abführen . Meine Frage ist, wie berechnet man solche? Welche Beziehung besteht zwischen der von meiner Kupferebene verbrauchten Leistung, ihrem Temperaturanstieg und ihrer Oberfläche? Nehmen Sie noch Luft an.

Sind die Spuren so weit voneinander entfernt, dass sie effektiv (für Wärmeableitungszwecke) als 50-mil-Kupferebene modelliert werden können?
Ich denke, das ist eine faire Annäherung. Die Spurwicklungen sind 50 mil breit und haben einen Abstand von 10 mil.
Wie viele Schichten hat das Board? Wenn die Platine mehrschichtig ist, werden die aktuellen Anforderungen durch die Via-Größe unterstützt
Zwei Schichten, keine Einbauten.
Es sieht so aus, als ob Ihre Strombegrenzung bei 7-8 Ampere liegt. Dies erklärt, warum die Leiterplatte überhitzt.
Zwei antworten:
#1
+5
Chris Mueller
2015-03-26 18:24:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Annahmen:

Unter diesen Annahmen Wir können die Temperatur der Platte durch einfaches Gleichsetzen der Wärmeströme abschätzen. Die pro Zeiteinheit einfallende Wärme stammt aus der Joule'schen Erwärmung des durch das Kupfer fließenden Stroms und wird durch $$ q_ {in} = I ^ 2R gegeben ;; Strahlungswärmeübertragung an die Umgebung, gegeben durch $$ q_ {rad} = \ epsilon \ sigma A (T ^ 4-T_s ^ 4) $$ und konvektive Wärmeübertragung der Luft, die durch $$ q_ {conv} = hA (T-T_s) gegeben ist. $$

Nun setzen wir einfach die Wärmeströme gleich $$ \ begin {align} q_ {in} & = q_ {out} \\ I ^ 2R& = A \ left [\ sigma (T ^ 4-T_s ^ 4) (\ epsilon_ {cu} + \ epsilon_ {pcb}) + (T-T_s) (h_ {up}) + h_ {down}) \ right] \ end {align} $$ wir können dies neu anordnen, um wie eine Quarzgleichung auszusehen $$ \ sigma (\ epsilon_ {cu} + \ epsilon_ {pcb}) T ^ 4 + (h_u +) h_d) T - \ left [\ frac {I ^ 2R} {A} + \ sigma (\ epsilon_ {cu} + \ epsilon_ {pcb}) T_s ^ 4 + (h_u + h_d) T_s \ right] = 0. $ $

Dies ist nicht einfach analytisch zu lösen, aber Mathematica hätte kein Problem. Ich habe es in Python eingefügt und das Minimum des absoluten Wertes numerisch gefunden. Ich habe einen Gesamtwiderstand von $ R = 1 \ Omega $ angenommen, sodass Ihre tatsächlichen Ergebnisse variieren können. Die Ergebnisse sind unten gezeigt.

Board Temperature

Hier ist auch der Python-Code:

  importiere scipy.optimize als optimport numpy wie npimport matplotlib.pyplot als plt
# Definieren Sie die Funktion mit einigen zusätzlichen Variablendef tempOpt (t, ts, i): Sigma = 5,67e-8 ec = 0,78 ep = 0,50 hu = 7,25 hd = 3,63 r = 1 a = 0,0103 e = ec + ep h = hu + hd out = Sigma * e * t ** 4 + h * t - i ** 2 * r / a - Sigma * e * ts ** 4 - h * ts return out # Legen Sie die Bereiche für den Strom- und Temperaturstrom = np fest .linspace (0.1, 20, 50) temps = [0, 20, 40, 60, 80, 100] # Berechnen Sie die WerteDict = dict () für temp in temps: resVec = np.zeros (np.shape (Ströme)) cnt = 0 für Strom in Strömen: # Definieren Sie eine neue Funktion einer Variablen und eines Minimums bei Null. # Vergessen Sie nicht, zwischen Kelvin und Celcius zu konvertieren. def tempNow (t): return abs (tempOpt (t + 273.15, temp + 273.15) , aktuell)) # Finden Sie das Minimum mit einer vernünftigen Vermutung = temp + 30 resVec [cnt] = opt.fmin (tempNow, 30) cnt + = 1 # Speichern Sie die Ergebnisse im Wörterbuch resDict [temp] = resVec # Plotplt.figure ( 1) plt.clf () für temp in temps: plt.plot ( Ströme, resDict [temp], lw = 2) plt.xlabel ('Strom (A)') plt.ylabel ('Board Temp ($ ^ \ circ $ C)') leg = plt.legend (temps, loc = 2) ) leg.set_title ('$ T_s $ ($ ^ \ circ $ C)') plt.title ('Platinentemperatur (R = 1 $ \ Omega $)')  
#2
+4
Mahendra Gunawardena
2015-03-26 03:52:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Basierend auf einer schnellen Berechnung mit dem Online-Maximalstromrechner für Spurenbreiteneigenschaften glaube ich, dass Ihre Spuren für 20 A Strom zu klein sind.

Streifenleitungsstromberechnungen (interne Spuren) für 50 mil 4 oz Kupfer sind

  • Maximaler Strom: 3,76 Ampere
  • Spurtemperatur: 35,0 ° C.
  • Widerstand: 0,0000640 Ohm
  • Spannungsabfall: 0,000241 Volt
  • Verlustleistung: 0,000904 Watt
  • Berechnungen des maximalen Mikrostreifenstroms (Externe Spuren) für 50 mil 4 oz Kupfer ist

    • Maximaler Strom: 7,51 Ampere
    • Spurentemperatur: 35,0 ° C
    • Widerstand: 0,0000640 Ohm
    • Spannungsabfall: 0,000480 Volt
    • Verlustleistung: 0,00361 Watt

    Referenz:



    Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
    Loading...