Design de răcire termică pentru dispozitivele de alimentare
Știm cu toții că managementul termic este un aspect important al gestionării energiei. Trebuie să mențină componentele și sistemele în limitele de temperatură. Soluțiile pasive încep cu radiatoare și conducte de căldură și pot folosi ventilatoare pentru răcirea activă pentru a îmbunătăți efectul de răcire.
Modelarea sistemului la nivel de componente și la nivel de produs finit permite proiectanților să facă o analiză aproximativă de primă ordine a strategiei de refrigerare. Utilizarea dinamicii fluidelor computaționale pentru analize ulterioare poate înțelege pe deplin situația generală a căldurii și impactul schimbărilor în strategia de refrigerare. Toate soluțiile de management termic implică compromisuri în dimensiune, putere, eficiență, greutate, fiabilitate și cost și trebuie să evalueze prioritățile și constrângerile proiectului.
Toate soluțiile de management termic urmează principiile de bază ale fizicii. În modul de răcire, există trei moduri de conducere a căldurii: radiație, conducție și convecție
Pentru majoritatea sistemelor electronice, răcirea necesară pentru a realiza este de a lăsa căldura să părăsească sursa de căldură directă prin conducție și apoi să o transfere în alte locuri prin convecție. Provocarea de proiectare este de a combina diferite hardware de management termic pentru a obține în mod eficient conducția și convecția necesare. Există trei elemente de răcire cel mai frecvent utilizate: radiatorul, conducta de căldură și ventilatorul. Radiatoarele și conductele de căldură sunt sisteme de răcire pasive fără alimentare cu energie, care includ și metode de conducție și convecție induse în mod natural. În schimb, ventilatorul este un sistem activ de răcire cu aer forțat.
Răcirea radiatorului:
Radiatorul este o structură din aluminiu sau cupru, care poate obține căldură de la sursa de căldură prin conducție și poate transfera căldura în fluxul de aer (în unele cazuri, la apă sau alte lichide) pentru a realiza convecția. Radiatoarele vin în mii de dimensiuni și forme, de la mici aripioare metalice ștanțate care conectează un singur tranzistor până la extruzii mari cu multe aripioare care pot intercepta și transfera căldura fluxului de aer convectiv.
Unul dintre avantajele radiatorului este că nu există piese în mișcare, costuri de operare și moduri de defecțiune. Odată ce un radiator de dimensiuni adecvate este conectat la sursa de căldură, pe măsură ce aerul cald crește, convecția va avea loc în mod natural, pornind și continuând să formeze fluxul de aer. Prin urmare, aceste avantaje sunt foarte importante atunci când se utilizează un radiator pentru a asigura un flux de aer fluid între intrarea și ieșirea sursei de căldură. Mai mult decat atat, admisia trebuie sa fie sub radiator si iesirea trebuie sa fie deasupra; În caz contrar, aerul cald va stagna pe sursa de căldură, ceea ce va înrăutăți și mai mult situația.
Adăugarea conductelor de căldură:
Funcția conductei de căldură este de a absorbi căldura de la sursa de căldură și de a o transfera în zona mai rece, dar ea în sine nu acționează ca un radiator. Când nu există suficient spațiu în apropierea sursei de căldură pentru a amplasa radiatorul sau debitul de aer este insuficient, se poate folosi conducta de căldură. Conducta de căldură are o eficiență ridicată și poate transfera căldură de la sursă într-un loc mai convenabil pentru management.
Adăugarea ventilatorului de răcire:
Evident, ventilatoarele vor crește costurile, vor necesita spațiu și vor crește zgomotul sistemului. Ca dispozitiv electromecanic, ventilatorul este, de asemenea, predispus la defecțiuni, ceea ce consumă energie și afectează eficiența întregului sistem. Cu toate acestea, în multe cazuri, mai ales când traseul fluxului de aer este curbat, vertical sau blocat, acestea sunt de obicei singura modalitate de a obține un flux de aer suficient. Multe aplicații folosesc ventilatoare controlate termic care funcționează numai atunci când este necesar pentru a reduce viteza, reducând astfel consumul de energie și folosesc pale care minimizează zgomotul la viteza optimă de funcționare.
Modelare și simulare termică:
Modelarea și simularea sunt esențiale pentru o strategie eficientă de management termic pentru a determina cât de mult aer de răcire este necesar și cum se realizează răcirea. Fluxul de aer prin diverse surse de căldură poate fi dimensionat pentru a-și menține temperatura sub limita permisă. Utilizând temperatura aerului, debitul disponibil de flux de aer neforțat, debitul de aer al ventilatorului și alți factori pentru calculul de bază, putem înțelege aproximativ starea temperaturii.
Făcând unele ajustări, proiectanții pot vedea dacă porturile de aer mai mari necesită mai mult aer, pot determina dacă alte căi de flux de aer sunt mai eficiente, pot identifica diferențele în utilizarea radiatoarelor mai mari sau diferite, pot investiga utilizarea conductelor de căldură pentru a muta punctele fierbinți etc. Aceste pachete software de modelare CFD pot genera date tabulare și imagini color ale disipării căldurii. Modificările în dimensiunea ventilatorului, fluxul de aer și poziție sunt, de asemenea, ușor de modelat.
Gestionarea energiei, de asemenea, managementul termic, în special modul în care răcirea funcțiilor legate de energie va afecta designul termic și acumularea de căldură. În plus, chiar dacă componentele și sistemele continuă să funcționeze în intervalul de specificații, creșterea temperaturii va determina modificări de performanță odată cu modificarea parametrilor componentelor. Supraîncălzirea poate, de asemenea, să scurteze durata de viață a componentelor și, astfel, să scurteze timpul mediu dintre defecțiuni, care este, de asemenea, un factor de luat în considerare pentru a asigura fiabilitatea pe termen lung.
