Como manter um regulador linear legal sem um dissipador de calor real?

Eu quero usar um regulador linear para alguma aplicação, ele está em um pacote SOT-223 (não SOT-89). Como o mantenho fresco, de preferência sem um dissipador de calor volumoso? O regulador pode estar dissipando 2-3W de calor. Ouvi dizer que você pode usar traços de cobre sob o regulador no PCB para manter o regulador frio; alguém tem alguma referência sobre isso?

Você não será capaz de dissipar tanto calor com apenas vestígios de cobre para absorver o calor. (Um SOT-89 também é um pacote muito pequeno, você tem certeza de que parte específica desse pacote específico é classificada para 3W?)

Eu uso pacotes do tamanho D-Pak com muito cobre nas quatro camadas e matrizes de vias para tentar dar ao dispositivo muito cobre para um dissipador de calor.

Isso funciona razoavelmente bem para cargas de ciclo de serviço baixo, mas não funciona bem para aplicações de carga contínua (há alta resistência térmica ao ar). Para requisitos de alta dissipação, você precisa de aletas e ar movendo-se sobre elas, e a menos que esteja construindo placas de circuito de maneira diferente do que eu sei, você precisará de um dissipador de calor para obtê-las.

Sei que isso não está respondendo diretamente à sua pergunta, mas algo que você pode querer considerar.

Em vez de dissipar tanta energia, você pode colocar um conversor buck antes do seu regulador linear. Obtenha a saída para uma tensão logo acima do exigido pelo seu regulador linear.

Isso não apenas diminuirá a quantidade de calor que você precisa dissipar, mas também melhorará a eficiência do seu projeto.

No que diz respeito ao dissipador de calor, costumo colocar várias vias diretamente no meu plano de terra. O plano de terra parece ser muito bom em dissipar o calor. Se você for a uma placa de 4+ camadas e tiver o plano de aterramento interno, a dissipação de calor não será tão boa quanto.

São as leis da física. Você precisa dissipar 3W através de dispositivos com grande resistência térmica, haverá um aumento de temperatura. Usar traços de cobre pode retirar o calor dos dispositivos de montagem em superfície na placa de circuito impresso. Mas esse calor ainda precisa ser afundado.

Olhando para um dispositivo SOT223, eles têm um Rj-a de 91 K / W, o que significa que de dois a três watts uma temperatura de aumento de 273 K pode ser esperada. Isso irá cozinhar seu dispositivo. O Rj-s (resistência da junção ao ponto de solda) é de 10 K / W, portanto, desde que sua placa possa dissipar o calor, o dispositivo estará 30 K acima da temperatura ambiente.

Se a sua placa estiver montada em um gabinete de metal, você poderá, com um pouco de esforço de projeto, alinhar as grandes almofadas térmicas na placa de circuito com as ilhas no gabinete de metal.

        /---\                        hot device    
==================================   PCB
_______/     \______/    \______     Metal enclosure

O uso de grandes almofadas de cobre em cada camada com muita via ajudará na transferência do calor. A única outra questão é prender a placa de circuito ao gabinete de metal e aplicar pressão e composto térmico suficientes para que a placa possa conduzir calor ao gabinete.

Isso efetivamente transfere o calor do componente para a placa e para o gabinete. Portanto, o gabinete se torna efetivamente o dissipador de calor.

Sem um dissipador de calor na placa, você reduzirá o Rj-a de 91 K / W para um valor mais baixo. Qual é esse valor, você precisará determinar experimentalmente. Faça uma placa de circuito simples com o dispositivo em questão e almofadas térmicas em cada camada com vias e, em seguida, aumente a quantidade de energia que você está passando através do dispositivo de menos de um watt suavemente para dois / três watts e usando um termopar , registre a temperatura na placa e no dispositivo. Isso permitirá que você calcule o Rj-a do dispositivo em sua placa de circuito.

Sim, você pode esfriar o dispositivo usando a placa. Observe que isso requer uma quantidade razoável de área de superfície para fazer isso. Não espere que toda a sua placa dê ao componente um efeito de resfriamento, por exemplo, se a aba estiver no plano de terra. A única área efetiva é de 6cm a 8cm, eu acredito.

As via ou pequenos orifícios que você costuma ver nesses planos são via térmica. Do outro lado do tabuleiro, provavelmente também existe um avião de cobre. Isso aumenta o resfriamento térmico, mas pode ser difícil de fazer quando você protótipo de suas próprias placas internamente. Os furos não podem ser tão grandes (da ordem de alguns décimos de mm).

Outro dia fiz um regulador de comutação que também precisava de um pouco de resfriamento. Foi em um gabinete TO-263, que é um pouco maior. De qualquer forma, a folha de dados da national nas páginas 4 e 5 especificava que, com 1 polegada quadrada de área de cobre, eu tinha uma resistência ao resfriamento de 26C / W. Isso é JA, o que não é tão ruim. Se você dissolver 3W, isso adicionaria 75 ° C acima da temperatura ambiente, o que é bom o suficiente. Nesse caso em particular, eu estava fabricando o PCB em uma máquina de gravação amadora, então tornei a área duas vezes maior porque a conexão de solda ao pab é mais difícil de fazer.

Conforme descrito em Dissipação de energia de baixo perfil , você pode desperdiçar algum calor em outro componente (resistor a montante ou segundo regulador), para que seu regulador não precise se dissipar tanto. Você terá que fazer os cálculos para as tensões mínimas e máximas e cargas mínimas e máximas que espera ver.

Isso pode ser muito brutal e eu não fiz nenhuma estimativa térmica de acordo com seus requisitos, mas uma opção se o tamanho físico de um dissipador de calor for um problema é colocar a área da placa ou do dispositivo com um composto que tenha baixa resistência térmica. Eu já vi isso com araldita velha comum para espalhar a carga térmica. Se o envasamento for feito dentro de uma caixa de metal, você também terá o benefício da metalurgia. Lembre-se - isso dificulta um pouco a reformulação!

Enquanto pesquisava a mesma pergunta para um transistor de comutação de pacote SOT-223, deparei-me com o Manual de Referência de Técnicas de Soldagem e Montagem de Semicondutores ON (encontre aqui: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/SOLDERRM-D.PDF ) Este é um conjunto compilado de artigos sobre considerações térmicas e de montagem e inclui dezenas de pegadas para tipos de pacotes comuns (incluindo o SOT-223). Ele também inclui artigos sobre como preparar montagens de dissipadores de calor de PCB, graxa térmica e outras técnicas que eu não havia considerado antes. O documento foi revisado recentemente, julho de 2014.

Achei que vale a pena examinar.