Seria de tehnologie de management termic: Managementul răcirii puterii
Când inginerii electrici menționează termenul"gestionarea puterii", majoritatea oamenilor se gândesc la tuburi MOS, convertoare, transformatoare etc.
De fapt, managementul energiei este mult mai mult decât atât.
Sursa de alimentare va genera căldură atunci când funcționează, iar creșterea continuă a temperaturii va cauza modificări de performanță, care pot duce în cele din urmă la defecțiuni ale sistemului.
În plus, căldura va scurta durata de viață a componentelor și va afecta fiabilitatea pe termen lung.
Prin urmare, managementul energiei implică și managementul termic. În ceea ce privește managementul termic, există două puncte de vedere care trebuie înțelese:
& quot;Micro"|Problemă
O singură componentă s-a supraîncălzit din cauza generării excesive de căldură, dar temperatura restului sistemului și a carcasei este în limită.
& quot;Macro"|Problemă
Temperatura întregului sistem este prea mare din cauza acumulării de căldură din mai multe surse de căldură.
Inginerul trebuie să determine câte dintre problemele de management termic sunt micro și macro și gradul de corelare dintre cele două.
Simpla înțelegere este că, chiar dacă creșterea temperaturii unei componente generatoare de căldură depășește limita permisă și determină încălzirea întregului sistem, nu înseamnă neapărat că întregul sistem este supraîncălzit, dar căldura în exces generată de componentă trebuie să fi disipat.
Deci unde se duce căldura?
Împrăștiată într-un loc mai rece, poate fi partea adiacentă a sistemului și a șasiului, sau poate fi în afara șasiului (posibil doar atunci când temperatura exterioară este mai mică decât temperatura internă).
Managementul termic urmează principiile de bază ale fizicii. Există trei moduri de conducere a căldurii: radiație, conducție și convecție.
Pentru majoritatea sistemelor electronice, pentru a obține răcirea necesară este să lăsați mai întâi căldura să părăsească sursa de căldură prin conducție și apoi să o transferați în alte locuri prin convecție.
Când se efectuează proiectarea termică, este necesar să se combine diverse hardware de management termic pentru a obține în mod eficient conducția și convecția necesare.
Există trei componente de răcire cel mai frecvent utilizate: radiatoare, conducte de căldură și ventilatoare.
Radiatorul și conducta de căldură sunt sisteme de răcire pasive fără alimentare, în timp ce ventilatorul este un sistem activ de răcire cu aer forțat.
Radiatorul este o structură din aluminiu sau cupru care poate obține căldură de la o sursă de căldură prin conducție și poate transfera căldura în fluxul de aer (în unele cazuri, în apă sau alte lichide) pentru a obține convecția.
Radiatoarele de căldură vin în mii de dimensiuni și forme, de la mici aripioare metalice ștanțate care conectează un singur tranzistor la extruzii mari cu multe aripioare (degete) care pot intercepta fluxul de aer convectiv și pot transfera căldură către acesta.
Radiatorul are avantajele lipsei de piese în mișcare, costuri de operare, moduri de defecțiune etc.
Odată ce radiatorul este conectat la sursa de căldură, pe măsură ce aerul cald se ridică, convecția va avea loc în mod natural, începând și continuând să formeze un flux de aer.
Deși radiatorul este ușor de utilizat, există câteva dezavantaje: 1. Radiatorul care transmite căldură mare este mare, costisitor și greu și trebuie amplasat corect, ceea ce va afecta sau limita aspectul fizic al plăcii de circuite;
2. Aripioarele pot fi blocate de praful din fluxul de aer, reducând eficiența;
3. Trebuie să fie conectat corect la sursa de căldură, astfel încât căldura să poată curge lin de la sursa de căldură la calorifer.
În cele din urmă, modelarea trebuie să rezolve două probleme:
1. Problema disipării de vârf și medie. De exemplu, o componentă în stare staționară cu o disipare termică continuă de 1 W și un dispozitiv cu o disipare termică de 10 W, dar cu un ciclu de lucru intermitent de 10% au efecte termice diferite.
Adică, disiparea medie a căldurii este aceeași, iar masa de căldură aferentă și fluxul de căldură vor produce distribuții diferite de căldură. Majoritatea aplicațiilor CFD pot combina analiza statică și dinamică.
2. Conexiunea fizică imperfectă dintre componente și suprafața modelului în miniatură, cum ar fi conexiunea fizică dintre partea superioară a pachetului IC și radiatorul.
Dacă conexiunea are o distanță mică, rezistența termică a acestei căi va crește și este necesar să umpleți suprafața de contact cu un tampon termic pentru a îmbunătăți conductivitatea termică a căii.
Managementul termic poate reduce temperatura componentelor din sursa de alimentare și din mediul intern, ceea ce poate prelungi durata de viață a produsului și poate îmbunătăți fiabilitatea.
Dar managementul termic este un concept integrat, dacă este defalcat la detalii, este un subiect uriaș.
Acesta implică compromisuri între dimensiune, putere, eficiență, greutate, fiabilitate și cost. Trebuie evaluate prioritatea și constrângerile proiectului.
