Da nastavim malo priče oko hlađenja...
Naime, sve te davne vežbice i eksperimenti sa bakarnim blokom iz prethodnog posta o tome dale su dosta korisnih zaključaka.
Ti zaključci su doneli izvesna pravila koja sam tada primenio kod gradnji snažnih amps sa paralelovanim LM3886TF.
Naravno, usvojena pravila primenjujem i dan danas kada mi paralelovanje nekih power komponenti zatreba.
U suštini to ne mora biti LM3886TF, već može biti i neizolovana verzija istog, kao i bilo koji drugi power IC ili ostale power komponente poput velikih IGBT i slično...
Jedna od tih korisnih stvari primenjenih u praksi, kao posledica tih ranih eksperimenata sa onim bakarnim blokom, je primena izotermalnog bloka ispod IC, gde je njegova uloga dvojaka.
Efo fotke jedne od tih gradnji, doduše u 3D ali ću kasnije objasniti prednosti i mane takve gradnje.
Ovo sa fotografije je inače mono blok sa 8 komada LM3886TF, deklarisane snage 250W na 8R. Uz forsirano hlađenje može ostvariti i 300W.
Fotografija je inače iz završne faze gradnje mono bloka.
Dotični mono blok ima konačne master hadnjake sa RTh prema okolini od 0.35K/W za svaki pojedinačno, i koji se u kutiju sa prorezima tako montiraju da je obezbeđeno maksimalno vertikalno opstrujavanje oko izloženih površina.
Ono što je bitno videti na fotografiji su bakarni izotermalni blokovi ispod power čipova.
Bakar ima tipićnu toplotnu provodljivost od 385 W·m-1·K-1 , dok Aluminijum ima tipičnu toplotnu provodljivost od 205 W·m-1·K-1 .
Toplotna provodljivost bakra je maltene dvostruka i ne treba je nikako mešati sa toplotnim kapacitetom (specifična toplota).
Suština je u sledećem: Izotermalni bakarni blok ispod power IC će obezbediti značajno bolju ujednačenost temparatura na pojedinačnim power IC, gde će temperaturne razlike na samom izotermalnom bloku biti minimalne.
To dovodi do vrlo bliske ujednačenosti performansi power IC tokom čitavog temperaturnog raspona rada.
Visoka tolpotna provodljivost bakra, bez obzira na njegov manji tolotni kapacitet (specifična toplota), obezbeđuje veoma brzu homogenizaciju temperature na čitavom izotermalnom bloku, a on je pak na master hladnjak oslonjen kontaktnom površinom od 4500 mm kvadratnih, što kroz tanak sloj silikonske paste između njega i master hladnjaka, Rth tog spoja čini zanemarljivim.
Posledično tome, temperaturna razlika između aluminijumskog master hladnjaka i izotermalnog bloka u bliskoj oblasti oko međusobne kontaktne površine će biti beznačajna.
Aluminijumski master hladnjak je osnovno rashladno telo i rashladna sposobnost dominantno zavisi od njegovih emisionih površina i njihovog položaja kao i boje.
Van njegovih površina u nekom malom iznosu doprinosi i izložena slobodna površina izotermalnog bloka, ali to je mala veličina u odnosu na skoro 250.000 mm kvadratnih površine rebara aluminijumskog hladnjaka + ostale slobodne površine istog.
Konačni rezultat je sledeći:
-Kontaktna površina samog power IC je konačna i i to je jedina emisiona površina koja (u slučaju klasične veze samo pomoću zadnje strane) može predavati tolotu hladnjaku.
Možemo skoro zanemariti emisiju tolote ka okolini sa slobodnih površina IC ukoliko nemaju dodatne hladnjake na njima.
Ukoliko postoje hladnjaci na tim slobodnim površinama, to se nikako ne može zanemariti već je podrobno objašnjeno u prethodnom postu.
-Toplotne prenose kroz metale možemo posmatrati poput pojava električnog provođenja kroz metale. Dakle, počev od izvora toplote (sam power IC) pa na dalje, povećavanjem rastojanja u svakom smeru temperatura hladnjaka će opadati i to sve više sa porastom rastojanja.
-Hladnjaku emisiona sposobnost zavisi od temperaturne razlike njegove površine prema okolini. Dakle, što je viša tempertura hladnjaka, veća je razmena prema okolini.
-počev od izvora, udaljavanjem od njega temperatura hladnjaka će opadati, a takođe i sposobnost razmene sa okolinom. Dakle, razmena će biti najsnažnija u bliskoj okolini izvora (power IC) a najlošija na najudaljenijim mestima na hladnjaku.
-Stavljanjem izotermalnog bloka sa visokoprovodljivm materijalom kao prelazni kontakt sa aluminijumskim hladnjakom, prividno smo uvećali emisionu površinu power IC i na taj način postigli da se toplota predaje aluminijumskom hladnjaku značajno većom površinom, gde su na taj način rastojanja manja od izvora do periferija aluminijumskog hladnjaka, čim smo povećali efikasnost samog auminijumskog hladnjaka. Tu osobinu neće bitno narušiti sam kontakt između izotermalnog bloka i aluminijumskog hladnjaka jer je provršina razmene ogromna i ima veoma malu Rth.
-Stavljanjem izotermanog bloka homogenizovali smo temperature pojedinačnih power IC i na taj način im ujednačili sve ostale karakteristike koje zavise od temperature.
Toliko o tome.
-------------------------------------------------------------------------
Što se tiče 3D gradnje, to je mač sa dve oštrice.
Mane:
-veoma teško za izvođenje i mora se sve ručno izvesti,
-niska buduća servisabilnost i otežana ponovljivost izvođenja,
-niska ekonomska efikasnost jer zahteva ogromno vreme rada.
Prednosti:
-najefikasniji način za izbegavanje parazitnih induktivnih i kapacitativnih međusobnih uticaja, jer su nam na raspolaganju prostorni uglovi a ne u jednoj ravni kao na pcb, što omogućava neuporedivo veči broj mogućih a povoljnih kombinacija putanja,
-olakšan inženjering orijentisan ka smanjenju potrebnih kompenzacionih mreža i svakako neuporedivo manje svih parazitnih efekata,
-generalno manji broj spojeva jer se mnogi izvode najdirektnijom putanjom bez prelazne pcb. Ujedno i manji "spisak" termonaponskih efekata.
-vrlo kratke i koncentrisane putanje struja, gde se prednosti koje nudi koncentrisana građa samog power IC šire i van njegovog kućišta.
Benefiti su:
niska termogena otpornost,
nizak induktivitet vodova,
niske parazitne kapacitivnosti ukoliko su male preklapajuće površine vodova (vošenje pod uglom u odnosu na susedni provodnik).
Na PCB je to teže izvodljivo jer nas ograničavaju jedna ili dve ravni.
Način sa 3D gradnjom je u tom smislu tek približno uporediv sa PCB koja ima bar 4 ili više slojeva i vrlo je gusto napravljena, i tu se ipak uticaji premitivnosti i ostalih dielektričnih osobina materijala na kome je PCB nikako ne mogu izbeći.
Kod 3D gradnje većinski sastav izolatora je vazduh.
-----------------------------------
3D gradnju treba raditi samo ako se radi veoma bliskom prijatelju, ili sebi, ili za veliki novac :-)
Pozdrav
Naime, sve te davne vežbice i eksperimenti sa bakarnim blokom iz prethodnog posta o tome dale su dosta korisnih zaključaka.
Ti zaključci su doneli izvesna pravila koja sam tada primenio kod gradnji snažnih amps sa paralelovanim LM3886TF.
Naravno, usvojena pravila primenjujem i dan danas kada mi paralelovanje nekih power komponenti zatreba.
U suštini to ne mora biti LM3886TF, već može biti i neizolovana verzija istog, kao i bilo koji drugi power IC ili ostale power komponente poput velikih IGBT i slično...
Jedna od tih korisnih stvari primenjenih u praksi, kao posledica tih ranih eksperimenata sa onim bakarnim blokom, je primena izotermalnog bloka ispod IC, gde je njegova uloga dvojaka.
Efo fotke jedne od tih gradnji, doduše u 3D ali ću kasnije objasniti prednosti i mane takve gradnje.
Ovo sa fotografije je inače mono blok sa 8 komada LM3886TF, deklarisane snage 250W na 8R. Uz forsirano hlađenje može ostvariti i 300W.
Fotografija je inače iz završne faze gradnje mono bloka.
Dotični mono blok ima konačne master hadnjake sa RTh prema okolini od 0.35K/W za svaki pojedinačno, i koji se u kutiju sa prorezima tako montiraju da je obezbeđeno maksimalno vertikalno opstrujavanje oko izloženih površina.
Ono što je bitno videti na fotografiji su bakarni izotermalni blokovi ispod power čipova.
Bakar ima tipićnu toplotnu provodljivost od 385 W·m-1·K-1 , dok Aluminijum ima tipičnu toplotnu provodljivost od 205 W·m-1·K-1 .
Toplotna provodljivost bakra je maltene dvostruka i ne treba je nikako mešati sa toplotnim kapacitetom (specifična toplota).
Suština je u sledećem: Izotermalni bakarni blok ispod power IC će obezbediti značajno bolju ujednačenost temparatura na pojedinačnim power IC, gde će temperaturne razlike na samom izotermalnom bloku biti minimalne.
To dovodi do vrlo bliske ujednačenosti performansi power IC tokom čitavog temperaturnog raspona rada.
Visoka tolpotna provodljivost bakra, bez obzira na njegov manji tolotni kapacitet (specifična toplota), obezbeđuje veoma brzu homogenizaciju temperature na čitavom izotermalnom bloku, a on je pak na master hladnjak oslonjen kontaktnom površinom od 4500 mm kvadratnih, što kroz tanak sloj silikonske paste između njega i master hladnjaka, Rth tog spoja čini zanemarljivim.
Posledično tome, temperaturna razlika između aluminijumskog master hladnjaka i izotermalnog bloka u bliskoj oblasti oko međusobne kontaktne površine će biti beznačajna.
Aluminijumski master hladnjak je osnovno rashladno telo i rashladna sposobnost dominantno zavisi od njegovih emisionih površina i njihovog položaja kao i boje.
Van njegovih površina u nekom malom iznosu doprinosi i izložena slobodna površina izotermalnog bloka, ali to je mala veličina u odnosu na skoro 250.000 mm kvadratnih površine rebara aluminijumskog hladnjaka + ostale slobodne površine istog.
Konačni rezultat je sledeći:
-Kontaktna površina samog power IC je konačna i i to je jedina emisiona površina koja (u slučaju klasične veze samo pomoću zadnje strane) može predavati tolotu hladnjaku.
Možemo skoro zanemariti emisiju tolote ka okolini sa slobodnih površina IC ukoliko nemaju dodatne hladnjake na njima.
Ukoliko postoje hladnjaci na tim slobodnim površinama, to se nikako ne može zanemariti već je podrobno objašnjeno u prethodnom postu.
-Toplotne prenose kroz metale možemo posmatrati poput pojava električnog provođenja kroz metale. Dakle, počev od izvora toplote (sam power IC) pa na dalje, povećavanjem rastojanja u svakom smeru temperatura hladnjaka će opadati i to sve više sa porastom rastojanja.
-Hladnjaku emisiona sposobnost zavisi od temperaturne razlike njegove površine prema okolini. Dakle, što je viša tempertura hladnjaka, veća je razmena prema okolini.
-počev od izvora, udaljavanjem od njega temperatura hladnjaka će opadati, a takođe i sposobnost razmene sa okolinom. Dakle, razmena će biti najsnažnija u bliskoj okolini izvora (power IC) a najlošija na najudaljenijim mestima na hladnjaku.
-Stavljanjem izotermalnog bloka sa visokoprovodljivm materijalom kao prelazni kontakt sa aluminijumskim hladnjakom, prividno smo uvećali emisionu površinu power IC i na taj način postigli da se toplota predaje aluminijumskom hladnjaku značajno većom površinom, gde su na taj način rastojanja manja od izvora do periferija aluminijumskog hladnjaka, čim smo povećali efikasnost samog auminijumskog hladnjaka. Tu osobinu neće bitno narušiti sam kontakt između izotermalnog bloka i aluminijumskog hladnjaka jer je provršina razmene ogromna i ima veoma malu Rth.
-Stavljanjem izotermanog bloka homogenizovali smo temperature pojedinačnih power IC i na taj način im ujednačili sve ostale karakteristike koje zavise od temperature.
Toliko o tome.
-------------------------------------------------------------------------
Što se tiče 3D gradnje, to je mač sa dve oštrice.
Mane:
-veoma teško za izvođenje i mora se sve ručno izvesti,
-niska buduća servisabilnost i otežana ponovljivost izvođenja,
-niska ekonomska efikasnost jer zahteva ogromno vreme rada.
Prednosti:
-najefikasniji način za izbegavanje parazitnih induktivnih i kapacitativnih međusobnih uticaja, jer su nam na raspolaganju prostorni uglovi a ne u jednoj ravni kao na pcb, što omogućava neuporedivo veči broj mogućih a povoljnih kombinacija putanja,
-olakšan inženjering orijentisan ka smanjenju potrebnih kompenzacionih mreža i svakako neuporedivo manje svih parazitnih efekata,
-generalno manji broj spojeva jer se mnogi izvode najdirektnijom putanjom bez prelazne pcb. Ujedno i manji "spisak" termonaponskih efekata.
-vrlo kratke i koncentrisane putanje struja, gde se prednosti koje nudi koncentrisana građa samog power IC šire i van njegovog kućišta.
Benefiti su:
niska termogena otpornost,
nizak induktivitet vodova,
niske parazitne kapacitivnosti ukoliko su male preklapajuće površine vodova (vošenje pod uglom u odnosu na susedni provodnik).
Na PCB je to teže izvodljivo jer nas ograničavaju jedna ili dve ravni.
Način sa 3D gradnjom je u tom smislu tek približno uporediv sa PCB koja ima bar 4 ili više slojeva i vrlo je gusto napravljena, i tu se ipak uticaji premitivnosti i ostalih dielektričnih osobina materijala na kome je PCB nikako ne mogu izbeći.
Kod 3D gradnje većinski sastav izolatora je vazduh.
-----------------------------------
3D gradnju treba raditi samo ako se radi veoma bliskom prijatelju, ili sebi, ili za veliki novac :-)
Pozdrav