Déterminer si le châssis est un dissipateur thermique approprié?

10

J'ai ramassé une jolie petite boîte en aluminium pour un petit projet DAC alimenté par USB ...

... et en l'assemblant, j'ai remarqué que les panneaux latéraux de la boîte étaient très froids au toucher et faits d'aluminium épais avec un design prometteur:

J'ai quelques circuits intégrés potentiels qui pourraient avoir besoin de refroidissement, selon l'endroit où la conception / le schéma m'emmènent, et je me demandais comment il pourrait être déterminé si les panneaux seraient utiles ou non comme dissipateurs thermiques? Je ne m'attends pas à ce qu'ils fonctionnent presque aussi bien qu'un dissipateur thermique réel, mais pour les circuits intégrés plus petits (régulateurs de tension et similaires), il serait pratique de savoir que l'option est là.

Existe-t-il un moyen de calculer mathématiquement la résistance thermique d'un panneau comme celui-ci , ou est-ce le meilleur moyen de simplement exécuter des tests de température?

heatsink thermal cooling

— abza
source

2

Lors de la recherche sur Google de la «résistance thermique de l'aluminium», le premier succès a été la calculatrice suivante: mustcalculate.com/electronics/thermalresistance.php

— Dampmaskin

11

Wow, c'est en effet une « petite boîte en aluminium doux »

— tuyau

4

Ces côtés noirs semblent être anodisés, teints en noir. S'il s'agit de peinture noire, le dissipateur thermique ne sera pas efficace. Un autre point - la conduction thermique des côtés vers l'avant sera assez bonne - comment vous sentiriez-vous à propos d'un panneau avant chaud?

— glen_geek

3

@ laptop2d - Sweet Little Aluminium Boxes International ™! Non, je l'ai obtenu sur ce site - modushop.biz . C'est une entreprise italienne qui fabrique des enceintes principalement pour l'industrie audio DIY.

— abza

2

En supposant que vous puissiez bien acheminer la chaleur de l'emballage vers la boîte, le dissipateur thermique de la boîte sera probablement meilleur que la dissipation thermique de l'air à l'intérieur de la boîte (via un dissipateur à ailettes). Malgré les trous.

— Jack B

12

L'utilisation du boîtier comme dissipateur de chaleur est une méthode courante, mais certaines choses doivent être comprises.

Comme le mentionne Laptop2d, il est difficile de modéliser les caractéristiques thermiques du boîtier, et une mesure expérimentale peut être prudente.
Les dissipateurs de chaleur dépendent du flux d'air pour fonctionner. Étant donné que ces plaques sont plates, il y a de fortes chances que quelqu'un installe la boîte en butée contre quelque chose d'isolation thermique ... par exemple, repoussée contre les cloisons sèches. Si c'est pour quelque chose qui vous appartient et que vous pouvez contrôler le flux d'air, cela peut être bien. Sinon, vous devrez peut-être ajouter des fonctionnalités à la plaque pour éviter l'occurrence et la concevoir dans les pires circonstances, ou les choses peuvent échouer ou même prendre feu.
À quel point la plaque chauffera-t-elle? Bien que le dissipateur de chaleur puisse suffire à faire fonctionner vos appareils électroniques, la plaque elle-même peut être très chaude au toucher, voire suffisamment chaude pour provoquer des brûlures cutanées. Il est important que toute surface extérieure soit conservée à des températures raisonnables.
La physique veut que la plaque se dilate sous la température. Cela peut entraîner des effets secondaires mécaniques malheureux dans certains cas. (pardonnez la blague...)

— Trevor_G
source

2

Deux jeux de mots même. Dans certains cas, il peut y avoir des effets secondaires sur le côté de vos cas.

— user253751

1

Le radiateur sur le côté de la boîte avec des connecteurs est un moyen courant d'obtenir un flux d'air. Mais bien sûr, cela signifie qu'il est plus susceptible d'être touché là-bas, peut-être en baissant la limite supérieure de température de aïe à un peu chaud (les limites supérieures sont données dans certaines normes). Par exemple, les régulateurs sont souvent nécessaires près du connecteur d'alimentation de toute façon et boulonnés à l'arrière où l'alimentation entre en jeu.

— Chris H

8

Vos panneaux latéraux sont des exemples classiques de la forme de radiateur la plus simple - la plaque plate. L'équation simple pour calculer sa résistance thermique (en W / K) est: où:

R_{t h} = \frac{3.3}{\sqrt{λ \cdot d}} C + \frac{650}{S} C

$R_{th} = \frac{3.3}{\sqrt{\lambda \cdot d}}C+\frac{650}{S}C$

$d$ - épaisseur de plaque en mm,

$\lambda$ - conductivité thermique (237 W / mK pour l'aluminium),

$S$ - surface de la plaque, en cm - dans votre cas, vous devez supposer qu'un seul côté de la plaque dissipe la chaleur, $^2$

$C$ - coefficient qui dépend de la surface et du positionnement de la plaque: 1,0 pour la plaque brute horizontale, 0,85 pour la brute verticale, 0,50 pour la noircie horizontale, 0,43 pour la verticale noircie.

Bien sûr, comme toujours lorsque nous parlons de transfert de chaleur, il n'y a pas de réponse simple, car la plupart des équations dans ce domaine sont empiriques. Pour une solution (probablement) plus précise, regardez par exemple sur cet article: http://www.heatsinkcalculator.com/blog/how-to-design-a-flat-plate-heat-sink/

— Jakub Rakus
source

Une plaque mince est un faible diffuseur de chaleur, donc prendre S pour être la zone de tout le côté est susceptible d'être optimiste pour un ou deux composants (je représente des TO-220 car ils sont faciles à attacher aux boîtiers). Le lien à la fin va plus en détail à ce sujet.

— Chris H

Je suppose que la raison pour laquelle je posais la question est précisément parce que les panneaux ne sont pas plats - ils ont des rainures qui, j'imaginais, pourraient aider à rayonner la chaleur. S'agit-il généralement alors simplement d'une question de calcul de la surface réelle, compte tenu des rainures, puis d'extrapolation pour obtenir la plaque "plate" de taille équivalente?

— abza

7

Le problème est que vous devrez modéliser la boîte entière et l'air pour trouver un chiffre raisonnable pour la quantité de chaleur que le châssis peut dégager.

Vous pouvez simplement le modéliser comme un dissipateur thermique infini (à température ambiante), puis utiliser le coefficient de jonction thermique de l'emballage et la résistance thermique de la pâte thermique ou du tampon que vous allez couler dans la boîte.

Ou si le plan prévoit de dissiper beaucoup de chaleur, la boîte pourrait être modélisée comme une résistance thermique. L'aluminium est de 205,0 W / (m K), mais le problème est que l'air entoure toute la boîte, donc pour vraiment modéliser cela, vous devez résumer toute la résistance thermique à de nombreux points différents car l'air a une conductivité thermique de 0,024 W / (m K)

Par expérience, il serait probablement plus facile de fixer une résistance sur le côté et de la mesurer.

— Pic de tension
source

La température ambiante n'est probablement pas une bonne estimation pour plusieurs watts de puissance. Je pense aux boîtiers de disques durs externes ou aux disques durs nus de 3,5 pouces fonctionnant en plein air (probablement environ 5 à 10 W). Leurs extérieurs ont tendance à dépasser la température ambiante de 10 à 20 degrés lorsqu'ils sont placés au sol sans des ventilateurs ou des fenêtres ouvertes créant un flux d'air. (estimation approximative de la chaleur ressentie; mais cela correspond à ce que leurs capteurs de température internes ont dit) .Je suppose que c'est pourquoi vous avez écrit le paragraphe après cela, pour le cas où le chauffage du châssis est non-négligeable.: P

— Peter Cordes

-2

Le châssis peut être adéquat d'un point de vue thermique.Si c'est le cas, vous devrez peut-être isoler les appareils électriquement.Les matériaux tels que la bêta-alumine, le mica, le silpad, etc. sont des isolateurs d'électricité et des conducteurs de chaleur.La conductivité thermique finie vous donnera une pénalité thermique Rappelez-vous que les semi-conducteurs à perte de puissance sont couplés capacitivement au boîtier malgré leur isolation électrique.Si des ondes carrées à haute fréquence sont impliquées, votre jolie petite boîte en aluminium sera une bonne antenne et vous pourriez échouer en CEM rayonné. La dissipation thermique du châssis était plus courante avec les circuits linéaires de la vieille école.

— Autistique
source