ठीक है, पहले मैं थर्मल इंजीनियरिंग पर एक अच्छा सा प्राइमर देने की कोशिश करने जा रहा हूं, क्योंकि आप कहते हैं कि आप इस पर एक बेहतर हैंडल प्राप्त करना चाहते हैं। ऐसा लगता है कि आप उस बिंदु पर हैं जहां आप शर्तों को समझते हैं, गणित में से कुछ को देखा है, लेकिन एक सच्ची सहज समझ विकसित करना अभी बाकी है, 'आह हह!' प्रकाश बल्ब बंद होने के साथ अभी तक नहीं हुआ है। यह एक बहुत निराशा की बात है! चिंता न करें, यदि आप इसे रखते हैं तो आप इसे प्राप्त करेंगे।
थर्मल सामान के बारे में सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा:
1. यह बिलकुल वन-वे बिजली की तरह है। तो आइए ओम के नियम का उपयोग करें।
गर्मी का प्रवाह वर्तमान प्रवाह की तरह है, केवल कोई 'वापसी' नहीं है, गर्मी हमेशा हमेशा उच्च क्षमता से कम क्षमता तक प्रवाह करती है। इस मामले में संभावित ऊष्मा ऊर्जा है। शक्ति हमारा वर्तमान है। और, आसानी से, थर्मल प्रतिरोध है ... प्रतिरोध।
अन्यथा, यह बिल्कुल वैसा ही है। वत्स तुम्हारा अम्प्स, तुम्हारा करंट है। और वास्तव में, यह समझ में आता है, क्योंकि अधिक वाट का मतलब अधिक गर्मी प्रवाह है, है ना? और वोल्टेज की तरह, यहाँ तापमान सापेक्ष है। हम किसी भी बिंदु पर पूर्ण तापमान के बारे में बात नहीं कर रहे हैं, लेकिन केवल तापमान अंतर, या संभावित अंतर, चीजों के बीच। इसलिए जब हम कहते हैं कि 10 डिग्री सेल्सियस तापमान की संभावना है, तो इसका मतलब है कि जिस चीज़ की हम बात कर रहे हैं, उसकी तुलना में एक चीज़ 10 ° C गर्म है। परिवेश का तापमान हमारा 'ग्राउंड' है। तो इस सब को वास्तविक पूर्ण तापमान में अनुवाद करने के लिए, आप बस इसे जो भी परिवेश का तापमान है, उसके ऊपर जोड़ दें।
आपके LM7805 जैसी चीजें जो गर्मी पैदा करती हैं, वे निरंतर वर्तमान स्रोतों के रूप में तैयार की जाती हैं। क्योंकि बिजली चालू है, और यह एक निरंतर बिजली उपकरण की तरह काम कर रहा है, लगातार 4.4W गर्मी पैदा कर रहा है, इसलिए यह एक निरंतर वर्तमान स्रोत की तरह है जो 4.4A उत्पन्न करता है। निरंतर चालू स्रोतों की तरह, एक निरंतर बिजली स्रोत तापमान में वृद्धि करेगा (जैसे एक निरंतर वर्तमान स्रोत का वोल्टेज) जितना अधिक वर्तमान / शक्ति को बनाए रखने की आवश्यकता होती है। और उस धारा को क्या निर्धारित करता है जो प्रवाहित होगी? थर्मल प्रतिरोध!
1 ओम वास्तव में कह रहा है कि आपको 1 ए को धक्का देने के लिए 1 वोल्ट के संभावित अंतर की आवश्यकता होगी। इसी तरह, जबकि इकाइयाँ फंकी (° C / W) हैं, थर्मल प्रतिरोध एक ही कह रहा है। 1 ° C / W केवल एक is के समान है। उस प्रतिरोध के माध्यम से थर्मल 'करंट' के 1 वाट को पुश करने के लिए आपको 1 ° C तापमान अंतर की आवश्यकता होगी।
बेहतर अभी भी, वोल्टेज ड्रॉप, समानांतर या श्रृंखला थर्मल सर्किट जैसी चीजें, यह सब समान है। यदि थर्मल प्रतिरोध आपके थर्मल पथ ('सर्किट') के साथ एक बड़े कुल थर्मल प्रतिरोध का सिर्फ एक हिस्सा है, तो आप किसी भी थर्मल प्रतिरोध में 'वोल्टेज ड्रॉप' (तापमान में वृद्धि) को ठीक उसी तरह पा सकते हैं, जैसे आप पाएंगे। एक रोकनेवाला भर में वोल्टेज ड्रॉप। आप उन्हें श्रृंखला के लिए जोड़ सकते हैं, 1 / (1 / R1 .... 1 / Rn) जैसे आप समानांतर प्रतिरोधों के लिए करेंगे। यह सभी काम करता है और बिना किसी अपवाद के।
2. लेकिन चीजों के गर्म होने में समय लगता है!
ओम का कानून वास्तव में कानून नहीं है, लेकिन मूल रूप से एक अनुकरणीय मॉडल था, और बाद में एहसास हुआ कि किरचॉफ के कानून की सिर्फ डीसी सीमा थी। दूसरे शब्दों में, ओम का नियम केवल स्थिर स्थिति सर्किट के लिए काम करता है। यह भी थर्मल के लिए सच है। एक सिस्टम के सन्तुलन पर पहुँचने के बाद मैंने जो कुछ भी ऊपर लिखा था वह केवल मान्य है । इसका मतलब है कि आपने वह सब कुछ कर दिया है जो शक्ति को नष्ट कर रहा है (हमारे निरंतर 'वर्तमान' शक्ति स्रोत) कुछ समय के लिए ऐसा करते हैं और सब कुछ एक निश्चित तापमान तक पहुंच गया है, और केवल शक्ति बढ़ने या घटने से किसी भी चीज के सापेक्ष तापमान में बदलाव होगा।
यह आमतौर पर बहुत लंबा नहीं है, लेकिन यह भी तात्कालिक नहीं है। हम इसे बिल्कुल स्पष्ट रूप से देख सकते हैं क्योंकि चीजें गर्म होने में समय लेती हैं। इसे थर्मल कैपेसिटी के रूप में तैयार किया जा सकता है। मूल रूप से, वे 'चार्ज' करने के लिए समय लेंगे, और आपको एक गर्म वस्तु और एक शांत एक के बीच एक बड़ा तापमान अंतर दिखाई देगा, जब तक वे संतुलन तक नहीं पहुंच जाते। आप अधिकांश वस्तुओं को कम से कम दो श्रृंखला प्रतिरोधों (थर्मल संपर्क के एक बिंदु के लिए और दूसरे के रूप में देख सकते हैं। अपने पैड के ऊपर और नीचे, उदाहरण के लिए) के बीच में संधारित्र के साथ। यह इस स्थिति में विशेष रूप से प्रासंगिक या उपयोगी नहीं है, जहां हम सभी के बारे में परवाह करते हैं स्थिर स्थिति है, लेकिन मुझे लगा कि मैं इसे पूर्णता के लिए उल्लेख करूंगा।
3. व्यावहारिकता
अगर हम ऊष्मा को विद्युत प्रवाह में बराबर कर रहे हैं, तो यह सब कहां बह रहा है? यह पर्यावरण में प्रवाहित हो रहा है। सभी इरादों और उद्देश्यों के लिए, हम आम तौर पर पर्यावरण को एक विशाल, अनंत ताप के रूप में सोच सकते हैं जो एक निश्चित तापमान बनाए रखेगा चाहे हम इसमें कितने वाट धक्का दें। बेशक, यह काफी मामला नहीं है, कमरे गर्म हो सकते हैं, एक कंप्यूटर निश्चित रूप से एक कमरे को गर्म कर सकता है। लेकिन 5W के मामले में यह ठीक है।
जंक्शन के थर्मल प्रतिरोध, फिर पैड के लिए, पैड के लिए पैड, पीसीबी के दूसरी तरफ पैड, हीट करने के लिए नीचे पैड, और अंत में, हवा में हीट सिंक, हमारे कुल थर्मल सर्किट का निर्माण और उन सभी थर्मल प्रतिरोधों को जोड़ा। अप हमारे सच्चे थर्मल प्रतिरोध है। आप जिन ग्राफ़ को देख रहे हैं, वे सिस्टम के सिर्फ एक टुकड़े के प्रतिरोध को देख रहे हैं, कुल सिस्टम को नहीं। उन ग्राफ़ से, आपको लगता है कि तांबे का एक वर्ग एक वाट को नष्ट कर सकता है और केवल 50 डिग्री सेल्सियस बढ़ सकता है। यह केवल सच है अगर सर्किट बोर्ड जादुई और असीम रूप से बड़ा है और कभी गर्म नहीं होगा। प्रश्न में जंक्शन सर्किट बोर्ड की तुलना में 50 ° अधिक गर्म होगा, लेकिन यदि आपने सर्किट बोर्ड को 200 ° C तक गर्म किया है तो यह बहुत उपयोगी नहीं है। आपने ऑपरेटिंग तापमान को पार कर लिया है।
दुर्भाग्यपूर्ण वास्तविकता यह है कि शीतलन सामग्री में प्राकृतिक संवहन बहुत भयानक है। हीट्सिंक में संवहन शीतलन को बढ़ाने के लिए बहुत सारे सतह क्षेत्र होते हैं, और अक्सर उनके विकिरण शीतलन को बढ़ाने के लिए काले रंग का होता है (काली वस्तुएं सबसे अधिक गर्मी उत्पन्न करती हैं, जबकि चमकदार / परावर्तक वस्तुएं लगभग कोई भी नहीं विकीर्ण करती हैं। सिर्फ ऐन्टेना की तरह, संचारण के लिए अच्छा होने से यह अच्छा होता है। प्राप्त करने पर, और इसीलिए काले रंग की चीजें धूप में इतनी गर्म हो जाती हैं, और चमकदार चीजें मुश्किल से गर्म हो पाती हैं। यह दोनों तरह से काम करता है)। लेकिन आप पाएंगे कि अधिकांश हीटसिंक में प्राकृतिक संवहन के लिए बहुत अधिक ऊष्मीय प्रतिरोध होता है। डेटाशीट की जांच करें, अक्सर हीट सिंक के थर्मल प्रतिरोध एक निश्चित न्यूनतम सीएफएम के लिए गर्म होते हैं जो कि हीट सिंक के ऊपर होता है। दूसरे शब्दों में, जब कोई पंखा हवा में उड़ता है। प्राकृतिक संवहन ज्यादा होगा थर्मल प्रदर्शन में गरीब।
जंक्शन और हीट सिंक के बीच थर्मल प्रतिरोध को बनाए रखना अपेक्षाकृत आसान है। मिलाप में नगण्य थर्मल प्रतिरोध होता है (हालांकि मिलाप खुद गर्मी का एक बहुत अच्छा कंडक्टर नहीं है, कम से कम तांबे की तुलना में), और तांबा केवल चांदी के लिए दूसरे स्थान पर है (कम से कम सामान्य, गैर-विदेशी सामग्री के साथ। हीरा, ग्रेफीन आदि)। अधिक ऊष्मीय प्रवाहकीय लेकिन डिगिकी पर भी उपलब्ध नहीं है)। यहां तक कि सर्किट बोर्ड का फाइबरक्लास सब्सट्रेट गर्मी के संचालन में पूरी तरह से भयानक नहीं है। यह अच्छा नहीं है, लेकिन इसकी भयानक भी नहीं है।
कठिन हिस्सा वास्तव में पर्यावरण में गर्मी को नष्ट कर रहा है। वह हमेशा चोक पॉइंट होता है। और इंजीनियरिंग कठिन क्यों है। व्यक्तिगत रूप से, मैं हाई पावर डीसी / डीसी कन्वर्टर्स (अन्य चीजों के बीच) डिजाइन करता हूं। दक्षता आप चाहते हैं, और आप की जरूरत है कुछ हो रहा है बंद हो जाता है। आपने DC / DC कनवर्टर को छोटा बनाने के लिए% दक्षता की आवश्यकता है क्योंकि यह आवश्यक है, क्योंकि यह बस किसी भी अतिरिक्त अपशिष्ट गर्मी को बहा नहीं पाएगा। इस बिंदु पर, व्यक्तिगत घटकों के थर्मल प्रतिरोध निरर्थक हैं, और वे वैसे भी तांबे के स्लैब पर सभी कसकर युग्मित हैं। जब तक यह संतुलन तक नहीं पहुंच जाता तब तक पूरा मॉड्यूल गर्म हो जाएगा। किसी भी व्यक्तिगत घटक में वास्तव में सैद्धांतिक रूप से ज़्यादा गरम करने के लिए पर्याप्त थर्मल प्रतिरोध नहीं होगा, लेकिन एक थोक वस्तु के रूप में पूरा बोर्ड तब तक गर्म हो सकता है जब तक कि यह स्वयं नहीं हो सकता है जब तक कि यह '
और, जैसा कि मैंने पहले कहा, शीतलन चीजों पर प्राकृतिक संवहन वास्तव में भयानक है । यह मुख्य रूप से सतह क्षेत्र का एक कार्य है। तो तांबे की एक प्लेट और समान सर्किट क्षेत्र के साथ एक सर्किट बोर्ड पर्यावरण के लिए बहुत समान थर्मल प्रतिरोध होगा। कॉपर पूरे गर्मी को अधिक समान बना देगा, लेकिन यह शीसे रेशा की तुलना में किसी भी अधिक वाट को बहाने में सक्षम नहीं होगा।
यह सतह के क्षेत्र में नीचे आता है। और संख्या अच्छी नहीं है। 1 सेमी ^ c थर्मल प्रतिरोध के बारे में 1000 ° C / W का प्रतिनिधित्व करता है। तो एक अपेक्षाकृत बड़ा सर्किट बोर्ड जो 100 मिमी x 50 मिमी है, 50 वर्ग, प्रत्येक एक वर्ग सेंटीमीटर, और प्रत्येक एक समानांतर थर्मल प्रतिरोध 1000 ° C / W होगा। तो इस बोर्ड में 20 ° C / W के परिवेश का प्रतिरोध है। तो, 4.4W के आपके मामले में, यह मायने नहीं रखेगा कि आप बोर्ड पर क्या करते हैं, पैड का आकार, थर्मल विअस, उसमें से कोई भी। 4.4W उस बोर्ड को परिवेश के ऊपर 88 ° C तक गर्म करने वाला है। और इसके आसपास कोई नहीं मिल रहा है।
क्या करता है हीट सिंक सतह के एक बहुत हिस्से को एक छोटी मात्रा में मोड़ती है, और इसलिए एक का उपयोग करके समग्र थर्मल प्रतिरोध कम हो जाएगा और सब कुछ कम गर्म हो जाता है। लेकिन यह सब गर्म हो जाएगा। अच्छा तापीय डिजाइन निर्देशन के बारे में उतना ही होता है, जहां उष्मा प्रवाहित होती है क्योंकि यह आपके विजेट से इसे हटा रहा है।
आपने अपने हीटसिंक और एनक्लोजर सेटअप के साथ एक बहुत अच्छा काम किया है। लेकिन, आप गलत चीजों के बारे में चिंतित हैं। पीसीबी के माध्यम से पैड के थर्मल प्रतिरोध की गणना करने का एक सरल तरीका नहीं है, लेकिन यह केवल पैड का लगभग 17% हिस्सा वीआईएस को समर्पित करता है इससे पहले कि आप कठिन रिटर्न कम कर दें। आमतौर पर 1 मिमी रिक्ति के साथ 0.3 मिमी vias का उपयोग करना और थर्मल पैड को उस तरह से भरना जैसे कि आपको उतना ही अच्छा मिलेगा जितना आपको मिलेगा। बस ऐसा करो, और आपके पास वास्तविक मूल्य के बारे में चिंता करने का कोई कारण नहीं होगा। आप एक पूरे के रूप में सिस्टम की परवाह करते हैं, एक जंक्शन की नहीं।
आपके पास एक समस्या थी जहां जंक्शन से थर्मल प्रतिरोध विशेष रूप से बड़े सर्किट बोर्ड और सतहों तक पहुंच गया था जो वातावरण में गर्मी को बहा देगा, इसलिए घटक बहुत गर्म हो गया। या तो गर्मी तेजी से फैलने वाली सतह के बाकी हिस्सों में नहीं फैल सकती है, या यह हो सकता है, लेकिन पर्यावरण में इसे जल्दी से पर्याप्त रूप से फैलाने के लिए पर्याप्त सतह नहीं थी। आपने LM7805 से लेकर हीटसिंक तक कम प्रतिबाधा वाले ऊष्मीय मार्ग को देखते हुए दोनों संभावनाओं को संबोधित किया है, जो खुद को अधिक सतह क्षेत्र और गर्मी से बचने के लिए अतिरिक्त स्थान प्रदान करता है।
संलग्नक, सर्किट बोर्ड आदि, अभी भी अंततः गर्म हो जाएंगे। विद्युत प्रवाह की तरह, यह प्रतिरोध के लिए आनुपातिक सभी मार्गों का अनुसरण करता है। कम कुल प्रतिरोध प्रदान करके, थर्मल 'करंट' स्रोत के रूप में LM7805 को इतना गर्म होने की जरूरत नहीं है, और दूसरे रास्ते उनके बीच वाट क्षमता ('करंट') को विभाजित कर रहे हैं, और सबसे कम प्रतिरोध पथ (हीटसिंक) आनुपातिक रूप से मिलेगा। गर्म होते। आप हीटस्किन के माध्यम से तरजीही थर्मल पथ प्रदान करके कम तापमान पर बाकी सब कुछ रख रहे हैं। लेकिन बाकी सब कुछ अभी भी मदद करने जा रहा है, और अभी भी गर्म होने जा रहा है, अधिक या कम डिग्री तक।
तो, अपने विशिष्ट बुलेट पॉइंट प्रश्नों का उत्तर देने के लिए:
आपको जंक्शन के थर्मल प्रतिरोध को नीचे पैड पर मापने की आवश्यकता नहीं है, और यह जानना उपयोगी जानकारी नहीं है। यह कुछ भी बदलने नहीं जा रहा है, और आप वास्तव में इसे सुधार नहीं सकते हैं जो आपके पास है।
