Chlazení zesilovačů - odmaskování prokovů

[kaklik]

Při použití vyrobených desek jsem zjistil, že se přehřívají zesilovače na vstupu antény. Důvodem je nedostatečný odvod tepla z jejich pouzder.
V jejich okolí a pod nimi je sice množství prokovů na druhou stranu desky. Jenže prokovy jsou prázdné a nevedou tak dobře teplo pryč z pouzdra.

Důvodem je jednak to, že je po zaletování zesilovačů nutné prokovy zalít cínem z druhé strany PCB. A také to, že prokovy jsou díky nepájivé masce z jedné strany zablkovány před vstupem cínu.

Na další revizi PCB je tak nutné chladící prokovy odmaskovat okružím i z druhé strany, aby bylo možné prokov v celé jeho výšce prolít cínem.

[roman-dvorak]

Tohle issue vypadá v návrhu vyřešené:

Nemělo by být něco takového i pod LDO na 3v3?

[kaklik]

Tohle issue vypadá v návrhu vyřešené:

Tohle issue se týká především způsobu výroby. Pokud by se mělo šahat na návrh PCB, tak by to akorát znamenalo ještě trochu víc odmaskovat prokovy na protilehlé straně, aby nepájivá maska nemohla zatéct do prokovu.
Původní idea issue je ale v tom, že je potřeba při výrobě ty prokovy zaplnit cínem (nějak).

Nemělo by být něco takového i pod LDO na 3v3?

Fakticky asi jo, ale zároveň současné použité LDO na 3.3V nemá pouzdro, které by nějak zásadně umožňovalo odvod tepla do PCB. Proto si nemyslím, že to nějak výrazně pomůže.

[roman-dvorak]

Myslím, že by tedy chtělo otestovat postup, že se prokovy zaplní cínem před osazením těchto součástek. Bylo by užitečné otestovat, jestli byde stačit do prokovů nějakým způsobem protlačit pájecí pastu nebo je to potřeba aktivně ohřát (zaplnit roztaveným cínem) a pak na to osazovat součástky. Trochu hrozí, že cín zapékáním vyteče dolů.

Možná by se to usnadnilo tím, že by prokovy měly větší průměr.

Nechtělo by to zároveň vyzkoušet použití nějakého hliníkového chladiče z horní strany zesilovače?

[roman-dvorak]

kaklik v komentáři #17 (comment) našel referenční uspořádání chladících plošek. Bylo by tedy vhodné PCB upravit dle tohoto dokumentu.

[kaklik]

Nechtělo by to zároveň vyzkoušet použití nějakého hliníkového chladiče z horní strany zesilovače?

Chladič by určitě byl velkým zlepšením této situace. Protože nyní se PCB antény používá s ventilátorem viz fotky. Nejsem si ale jistý, jestli zrovna hliníkový chladič je dobrá volba protože ten asi nejde upevnit jinak než přes vodivou lepící pásku. Spíše by byl asi lepší nějaký letovací měděný chladič.

[roman-dvorak]

Zkusím se podívat co existuje. Možná by byla varianta šroubovací. Protože je možné, že to bude vyžadovat úpravu PCB.

[roman-dvorak]

Varianta 1. - chladič přes skoro celé PCB

Moc vhodných chladičů neexistuje. Požadavky byly především aby měl vhodný rozměr, aby to vyžadovalo minimální zásahy do analogové části a bylo to možné připevnit pomocí šroubu s pružinkou. Poslední požadavek byl vymyšlen především z důvodu, že se předpokládá provoz v podmínkách, kdy může docházet k různým vibracím a mechanickým rázům. Kvůli tomu by měl být velký chladič připevněn k PCB šroubem s pružinkou.

Nedokázal jsme najít koupitelný chladič, který by se vešel přes všechny zesilovače zároveň.

Jako nejvhodnější řešení mi připadá SKV38538514-CU

Na PCB by to bylo umístěné nějak takto:

Problém tohoto řešení je, že by bylo potřeba posunout některé součástky analogové cesty:

A pak přemístit zdroj, který má velkou cívku. Možná by to bylo možné přesunout na vrchní stranu PCB.

Chladič by musel být na součástky připevňen přes relativně tlustou teplovodivou pásku, která zajistí kvalitní odvod tepla ze zesilovačů, protože v okolí zesilovačů jsou cívky, ktré mají velmi vysoká pouzdra.

Varianta 2. - nalepovací chladič přes pouzdro součástky

Relatvině jednoduchá cesta. Bude to mít asi nejhorší parametry z hlediska účinnosti chlazení, protože zde nelze umístit moc velké chladiče. Z důvodu okolních součástek.

https://cz.mouser.com/ProductDetail/CUI-Devices/HSB01-080808?qs=QNEnbhJQKvapoetxu1uj9g%3D%3D
https://cz.mouser.com/ProductDetail/CUI-Devices/HSB06-181810?qs=QNEnbhJQKva7zdwmm5kzhQ%3D%3D

Varianta 3 - Pájecí chladiče "ve vzduchu"

Například: https://www.tme.eu/cz/details/fk24413dpak/chladice/fischer-elektronik/fk-244-13-d-pak/ (rozměr není vybrán, ale existuje velký rozsah rozměrů a jsou koupitelné)

Pokud se vybere správně velký, tak by bylo možné do něj vložit i nalepovací chladič (varianta 2). Tím by byl zajištěn odvod tepla z PCB i z vrchní strany pouzdra.

Tento chladič by mohl být namontován z obou stran PCB

Varianta 4 - Velký hliníkový a frézovaný blok, který by odváděl teplo do krabičky - Chlazení typu procesoru v omnii

Tohle je nejflexibilnější řešení, protože v bloku bude možné vyfrézovat otvory tak, aby tam nepřekážel žádný měnič ani vysoké cívky. Montáž by mohla být realizována teplovodivou oboustrannou páskou a možná zase šroubem s pružinkou. Do závitu v hliníkovém bloku. Blok by díky tomu mohl mít i funkci zemnící plochy z vrchní strany PCB.

Otázka..

Nemělo by význam teplotu těchto modulů nějakým způsobem měřit? Třeba způsobem nějakého termočlánku napájeného přímo na PCB a vyvedeného do hřebínku.

[kaklik]

Varianta 1. - chladič přes skoro celé PCB

Tohle mi připadá přehnané. Toho tepla se tam neuvolňuje tolik, aby byl potřeba tak velký chladič.

Varianta 2. - nalepovací chladič přes pouzdro součástky

Tohle by asi bylo vhodné řešení. Akorát nedává moc smysl takový chladič dávat ze strany součástky, protože tam je stěna krabičky ve které celý PCB je.

Varianta 3 - Pájecí chladiče "ve vzduchu"

Takový chladič by byl myslím velmi vhodný protože umožňuje montáž už během výroby PCB a navíc je na protilehlé straně. Jeho zaletováním by pravděpodobně byl vyřešen problém se zaplněním chladících prokovů cínem.

Varianta 4 - Velký hliníkový a frézovaný blok, který by odváděl teplo do krabičky - Chlazení typu procesoru v omnii

Takové řešení je asi zajímavé, ale je to spíš úkol pro návrh celé vlastní krabičky, což mi pro současnou fázi zařízení přijde jako zbytečný overkill. I když v budoucnu by to zřejmě bylo nejlepší řešení.

Otázka..

Nemělo by význam teplotu těchto modulů nějakým způsobem měřit? Třeba způsobem nějakého termočlánku napájeného přímo na PCB a vyvedeného do hřebínku.

Měření teploty je zajímavý nápad, ale nevím co by se tou hodnotou teploty pak ve výsledku mělo dělat. Ona teplota je ve skutečnosti vidět i na signálu, který z té antény leze. Spíš si myslím, že dává smysl nějaká tepelná pojistka, která by při příliš vysoké teplotě anténě vypnula napájení, aby nedošlo k poškození zesilovačů přehřátím.

[kaklik]

Tak většina letovacích chladičů z nabídky má problém se na ten PCB vejít. Tenhle je nejmenší, který jsem našel a vejde se tam jen sotva.

https://www.tme.eu/cz/details/fk25110lfpak/chladice/fischer-elektronik/fk-251-10-lf-pak/

[kaklik]

Tak jsem na nově vyrobené kusy dal opět ventilátory..

Potíže stále dělá nepájivá maska, která zatéká do prokovů v okolí zesilovače. (Na nově vyrobených kusech dokonce podstatně více, než v předchozí variantě)