Тепловой режим преобразователя LM2596 в корпусе TO-263 Опции

[koluna]

Здравствуйте!

Прошу дать некоторые разъяснения.
Использую LM2596 в корпусе TO-263.
Каким образом максимально эффективно отводить тепло от преобразователя на приличных токах (2-3 А)?

В даташите сказано, что необходимо использовать область металлизации определенных размеров, лучше на двухслойной (и более) плате. Но не хватает практических советов.

Обычно теплоотводящий пад элемента (как и любой другой) соединяется с областью металлизации через терморельеф. В даташите сведения приведены для варианта с терморельефом или без? Если с терморельефом, то каковы должны быть его параметры? Ясно, что для варианта без терморельефа, тепловое сопротивление кристалл-окр. среда существенно ниже, чем для варианта с терморельефом. Но без терморельефа монтаж затруднен (предполагается ручной монтаж). Как быть?

Благодарю заранее!

Прикрепленные файлы

 LM2596.pdf ( 736.21 килобайт ) Кол-во скачиваний: 34

 

[Microwatt]

Тут терморельеф от термобарьера отличается?
Если Вы о термобарьере, то даташиты подразумевают отсутствие оных. Только сплошная медь. Для разных конкретных случаев (корпусов) у IR есть апнот, по-моему 1001 -й

[koluna]

Тут терморельеф от термобарьера отличается?

Хм... похоже, что нет...
Я называю так потому что в OrCAD так называется.
А в чем отличия?

Если Вы о термобарьере, то даташиты подразумевают отсутствие оных. Только сплошная медь.

А как тогда паять данный корпус на медь площадью 9" квадратных?

Для разных конкретных случаев (корпусов) у IR есть апнот, по-моему 1001 -й

Спасибо.
Нет. Не 1001-ый.
Как приблизительно называется аппноут, не помните?

Случайно не это? http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-994.pdf

Кстати, на сколько сильно маска увеличивает тепловое сопротивление?

Сообщение отредактировал n_bogoyavlensky - Nov 24 2010, 10:46

[Microwatt]

....А как тогда паять данный корпус на медь площадью 9" квадратных?
....Спасибо.
Нет. Не 1001-ый.
....Кстати, на сколько сильно маска увеличивает тепловое сопротивление?

Да. это тот апнот. не 1001, а 994, но с погрешностью в полпроцента я угадал
Корпус с помощью тетки с мощным паяльником паяется. В туннельной печи силовые схемы технологически очень сложно паять. Обычно, заказываем автоматическую сборку 0.805 а потом уже D-pak и прочее на большие полигоны с хорошим теплоотводом дособираем вручную.
По поводу маски - сколько не запрашивали печатников - молчат. Я в проблемных местах маску открываю. Теплоотдача заметно возрастает. Померять бы точно, руки не доходят.

[koluna]

Да. это тот апнот. не 1001, а 994, но с погрешностью в полпроцента я угадал

За даташит спасибо. Очень интересен.
Как я понимаю, для улучшения теплоотвода (отвод тепла со стороны монтажа силового элемента на противоположную сторону ПП) экспериментаторы из IRF (да и производители LM2596) сквозных ПО не делали?
У Вас есть опыт в данном вопросе?
Интересно, на сколько можно уменьшить в этом случае термосопротивление...

Корпус с помощью тетки с мощным паяльником паяется.

Догадываюсь уже... в принципе и сам так паял (вместо тетки) TO-263. Но у меня был термобарьер

В туннельной печи силовые схемы технологически очень сложно паять.

Почему? Термопрофиль для больших и мощных сильно отличается от термопрофиля для мелкой рассыпухи?
Я думал, что наоборот легко в печи паяются они...

Я в проблемных местах маску открываю. Теплоотдача заметно возрастает. Померять бы точно, руки не доходят.

Если не сложно, поделитесь результатами потом, пожалуйста

[Microwatt]

Почему? Термопрофиль для больших и мощных сильно отличается от термопрофиля для мелкой рассыпухи?
Я думал, что наоборот легко в печи паяются они...

Давайте поймем: что такое термобарьер вообще? Это унификация ширины дорожек, подходящих к компонентам. Придумано исключительно для облегчения жизни технологам с их групповой пайкой. Позволяет строго выдержать температуру в точке пайки для ВСЕХ компонентов одновременно.
Очень хорошо для единичек и ноликов, т.е. для цифровых схем высокой плотности монтажа и небольшими токами.
Для силовых схем в принципе не годится. Тут нужно сделать как можно лучший отвод тепла от компонента на полигон. Вводя термобарьер, Вы этот полигон сразу же отключаете от теплопередачи. Компонент будет охлаждаться не отдачей тепла со всего полигона, а только тем что под ним на площадке и парой волосяных дорожек , проходящих через термобарьер.
Таким образом, термобарьер на самом деле барьер Только если при монтаже он помогает технологам быстро прогреть компонент до заданной температуры, то в эксплуатации это крайне вредно, ведь компонент должен охлаждаться.
Посему, - выбрасывайте все термобарьеры там, где рассчитываете на сброс тепла на полигон, а технологам утрите слезы и пусть идут лудить паяльники для ручной досборки после установки мелких компонентов групповой пайкой..

Для улучшения теплопередачи на двусторонней плате применяют полигон с двух сторон, прошитый густо переходными отверстиями. Тут расчеты достаточно туманны. Переходное отверстие должно быть приблизительно равно толщине платы или чуть меньше. Добиваются наибольшего сечения металла в нем по сравнению с потерей площади на само отверстие. Передача тепла на другую сторону будет далека от идеала, но все-таки.. Лучше бы впаять медные штыри в эти места или хотя бы залить дырки припоем.

Есть, правда, случаи, когда термобарьер полезно сделать для ограничения нагрева одного компонента другим. Например, есть горячий диод выпрямителя и к нему электролит фильтра подключен. Так вот, электролит полезно подпаять через термобарьер.

[koluna]

Давайте поймем: что такое термобарьер вообще?

Интересная информация. Спасибо

Лучше бы впаять медные штыри в эти места или хотя бы залить дырки припоем.

Припоем заливаю сначала (главное, чтобы во все отверстия попал), а потом припаиваю элемент.

Есть, правда, случаи, когда термобарьер полезно сделать для ограничения нагрева одного компонента другим. Например, есть горячий диод выпрямителя и к нему электролит фильтра подключен. Так вот, электролит полезно подпаять через термобарьер.

Понятно. У диода барьер убираем, чтобы остывал лучше, а у конденсатора - создаем, чтобы не нагревался.

Кстати, FR4 1.5 мм тоже тепло неплохо проводит, я смотрю, по крайней мере ощутимо по нагреву с обратной стороны установки силового элемента.

[koluna]

Кстати, правильным ли будет ниже приведенный расчет температуры кристалла (TO-263)?

Код

При:
   Rjc = 2 C/W (из даташита)
   Tc = 90 C (температура теплоотводящего основания - измерена с помощью термопары)
   P = 3.12 W (мощность на ключевом элементе стабилизатора = 1.2 В * 2.6 А)

Tj = Rjc * P + Tc = 2 * 3.12 + 90 = 96.24 C

С учетом того, что температура стабилизировалась и дальше не растет.

[koluna]

Кстати, что можете посоветовать по поводу электролитов для данного стабилизатора?
Температура рабочая повыше (сейчас конденсатор на 85 гр. Ц.), ток пульсаций побольше, через термобарьер подключить...
Греется...
Ну и по поводу теплового расчета в целом.

[AlexeyW]

Для силовых схем в принципе не годится. Тут нужно сделать как можно лучший отвод тепла от компонента на полигон. Вводя термобарьер, Вы этот полигон сразу же отключаете от теплопередачи.

Я вот на что еще обратил внимание. Если при помощи термобарьера удалось создать существенное термосопротивление - это автоматически означает, что создано и существенное электрическое сопротивление. Это актуально нечасто, но в силовых схемах все же бывает, что сопротивление дорожек имеет значение - например, в каких-нибудь импульсных схемах с токами в сотни ампер.

[Microwatt]

Если при помощи термобарьера удалось создать существенное термосопротивление - это автоматически означает, что создано и существенное электрическое сопротивление. Это актуально нечасто, но в силовых схемах все же бывает, что сопротивление дорожек имеет значение - например, в каких-нибудь импульсных схемах с токами в сотни ампер.

Да. умозрительно оно так.
Но из меди сопротивления получаются отвратительные. У нее большой ТКС. Реально дорожка должна быть часто слишком длинной и узкой, технологические погрешности травления вносят большую нестабильность в серии , при многих амперах она греется , площадь такой резистор занимает слишком большую.
В десятках ампер дорожки приходится дублировать напайкой медной шины поверх, тут не до умышленно добавленных сопротивлений..
Кроме того, даже прямые проводники имеют достаточную индуктивность, чтобы доставлять дополнительные заботы на больших токах. Там индуктивное сопротивление иногда намного больше активного.. Потому печатный резистор я несколько раз встречал, как датчик тока, но на небольшие токи. Может быть чаще встречались печатные предохранители.
В сотнях же ампер - "лучшая пайка - болт и гайка". Может не совсем так, но там уже не паяльником, а газовой горелкой опаивают всякие хитрые нарезки из медного листа. Работа не для слабонервных, можно для экскурсии какой-нибудь сайт сварочников посетить

[AlexeyW]

Ну это да все это верно. Я имел в виду не сознательные попытки создать сопротивление проводника, а что термобарьер создает и существенное паразитное сопротивление.
Кстати, об индуктивности - ведь широкие проводники (т.е. тонкая широкая полоса) имеют малую индуктивность, насколько понимаю.

[Microwatt]

.
Кстати, об индуктивности - ведь широкие проводники (т.е. тонкая широкая полоса) имеют малую индуктивность, насколько понимаю.

Да я так тоже вроде понимаю, но единицы-десятки наносекунд на них такое вытворяют...
Можно припаять землю щупа с делителем от осциллографа с полоской мегагерц 100 и медленно идти вдоль дорожки. Там через 10-15мм уже вылезают иголки, которые могут доставлять неприятности вроде сбоя тактовой частоты, ложных срабатываний токовой защиты и т.п. Это на дорожке в 7-10 мм при токе в 5-10А.

[AlexeyW]

Это при каких фронтах?

[Microwatt]

Ну там фронты 20-40нс. Почти на пределе 100мГц осциллографа синхронизировать и посмотреть можно. Фронты, а потом еще борода затухания тянется от всяких паразитных емкостей - индуктивностей...