這篇文章中，我將介紹一些關(guān)于良好熱設(shè)計(jì)的一般準(zhǔn)則

以下是印刷電路板 (PCB) 良好熱設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)要點(diǎn)：

· 在 PCB 中提供大銅平面。將器件的裸露焊盤(pán)焊接到銅平面上，并將平面延伸到 PCB 的邊緣，以增加散熱面積。對(duì)于四層板，您可以在所有層中使用銅平面來(lái)散熱，與兩層板相比，這反過(guò)來(lái)可以提高 30% 的性能。PCB 面積越大，由于對(duì)流而產(chǎn)生的散熱量就越高。提供沒(méi)有任何中斷的銅平面，以便通過(guò)平面的熱量傳播將是有效的。

· 使用多個(gè)通孔降低熱阻。在設(shè)備外殼下方提供盡可能多的散熱過(guò)孔，并將過(guò)孔連接到所有層中的銅平面。具有 0.5oz 銅側(cè)壁的典型 12mil 直徑通孔具有 261°C/W 的熱阻。用銅完全填充過(guò)孔可以將熱阻降低一半;然而，這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)使 PCB 的成本翻倍。一個(gè)更經(jīng)濟(jì)的選擇是在標(biāo)準(zhǔn)的 12mil 通孔上提供 1oz 電鍍，這只會(huì)增加 10-20% 的額外成本。這有助于將單個(gè)過(guò)孔的熱阻提高到 140°C/W。

· 銅厚。 通過(guò)增加銅平面的銅厚度，更多的熱量橫向傳遞，有助于將熱量散布到整個(gè) PCB。增加銅的厚度會(huì)增加PCB成本;然而，對(duì)于 PCB 尺寸有限制的電動(dòng)工具應(yīng)用，2oz 銅厚是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。通過(guò)將銅厚度從 1 盎司增加到 2 盎司，您可以將熱性能提高 25%。

帶散熱器的熱設(shè)計(jì)

電動(dòng)工具的小尺寸限制了 PCB 尺寸，需要添加散熱器才能滿足安全的熱性能。根據(jù)外形尺寸限制，您可以在器件封裝的頂部或 PCB 背面的裸露焊盤(pán)正下方添加散熱器。由于從結(jié)點(diǎn)到器件外殼頂部的高熱阻，當(dāng)通過(guò) PCB 連接到器件的裸露金屬焊盤(pán)時(shí)，散熱器會(huì)更有效。

散發(fā)產(chǎn)生的熱量的最有效方法是在安裝金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的 PCB 底部連接散熱器。這是因?yàn)楫?dāng)頂部沒(méi)有安裝散熱器時(shí)，95% 的熱量將通過(guò)器件的底部散發(fā)。

主要挑戰(zhàn)將是降低器件底部外露外殼和散熱器之間的 PCB 熱阻。因此，散熱孔的設(shè)計(jì)是將散熱器放置在底部的重要組成部分。散熱孔充當(dāng)薄銅柱，將設(shè)備的底殼直接連接到散熱器。添加熱通孔和散熱器有助于降低器件底殼到環(huán)境的有效熱阻。圖 2 顯示了熱等效電路。

氣流的影響

從 PCB 或散熱器表面到環(huán)境的熱傳遞是通過(guò)對(duì)流和輻射發(fā)生的。在自然氣流下，PCB 表面到空氣的傳熱系數(shù)為 10 W/m 2 K。提供 100LFM 的強(qiáng)制氣流可以使傳熱系數(shù)翻倍或有效地將 PCB 表面到環(huán)境的熱阻降低一半.

在本博客系列中，我討論了電動(dòng)工具中使用的三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)。當(dāng)您將驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)成能夠處理大電流的小尺寸驅(qū)動(dòng)器時(shí)，PCB 的熱設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的部分。為了使您的設(shè)計(jì)能夠處理更多功率，您可以在安裝 MOSFET 的 PCB 底部添加一個(gè)散熱器。

有關(guān)電動(dòng)工具應(yīng)用和設(shè)計(jì)示例的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的更多信息，請(qǐng)參閱TI Designs 參考設(shè)計(jì)，該參考設(shè)計(jì)適用于電池供電的花園和電動(dòng)工具中的無(wú)刷電機(jī)的 1kW/36V 功率級(jí)。該參考設(shè)計(jì)描述了用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)工具中使用的三相永磁電機(jī)的功率級(jí)設(shè)計(jì)。功率級(jí)由 10 節(jié)鋰離子電池供電，電壓范圍為 36 至 42V。該設(shè)計(jì)使用 CSD18540Q5B NexFET? 功率 MOSFET，具有 1.8mΩ 的極低漏源電阻 (R DS_ON )，采用小外形無(wú)引線 (SON) 5 x 6 SMD 封裝，因此外形尺寸非常小功率級(jí)為 57 x 59mm。