Trei metode eficiente pentru disiparea căldurii modulelor de putere

Există trei metode de bază pentru transferul de energie al modulului de putere din zona cu temperatură ridicată în zona cu temperatură scăzută: radiație, transmisie și convecție.

Radiație: transferul de căldură prin inducție electromagnetică generată între două blocuri de temperaturi diferite.

Transmiterea: transferul generarii de căldură printr-un mediu solid.

Convecție: transferul de căldură printr-un mediu fluid (gaz).

Într-o varietate de aplicații specifice, toate cele trei metode de transfer de căldură au adesea niveluri diferite de efect. În majoritatea aplicațiilor, convecția este cea mai critică metodă de transfer de căldură. Dacă se adaugă celelalte două metode de disipare a căldurii, efectul real va fi mai bun. Cu toate acestea, în unele situații, aceste două metode pot avea și efecte contraproductive. Prin urmare, atunci când proiectați un sistem de disipare a căldurii de înaltă calitate, toate cele trei metode de transfer de căldură sunt luate în considerare cu atenție.

modul de putere

1, sursă de radiație, disipare a căldurii

Când două interfețe cu temperaturi diferite se confruntă una cu cealaltă, se va produce un transfer continuu de radiație de căldură.

Influența finală a radiației asupra temperaturii anumitor blocuri este determinată de mulți factori: diferența de temperatură a diferitelor componente, orientarea componentelor aferente, netezimea suprafeței componentelor și distanța lor reciprocă etc. Pentru că nu există nicio cale. Pentru a analiza cantitativ acest element, plus influența mediului înconjurător' propriul schimb de energie cinetică radiativă, este foarte complicat să măsurați daunele radiațiilor la temperatură și este dificil de calculat cu precizie.

În aplicația specifică a modulului de control al convertizorului de putere comutată, este puțin probabil să se bazeze exclusiv pe disiparea căldurii radiante ca metodă de răcire a convertorului. În majoritatea cazurilor, sursa radiantă disipează doar 10% sau mai puțin din totalul generat de căldură. Prin urmare, căldura radiantă este, în general, utilizată doar ca metodă auxiliară în plus față de metoda cheie de disipare a căldurii și, în general, nu este luată în considerare în planul de proiectare termică. Influența temperaturii modulului de alimentare. În aplicații specifice, temperatura modulului de control al convertorului general este mai mare decât temperatura ambientală naturală. Prin urmare, transferul de energie cinetică radiantă este favorabil disipării căldurii. Cu toate acestea, în anumite condiții, temperatura unor surse de căldură (plăci pentru dispozitive electronice, rezistențe de mare putere etc.) din jurul modulului de control este mai mare decât temperatura modulului de putere, iar căldura radiantă a acestor obiecte va crește temperatura. a modulului de control.

În planul de proiectare a disipării căldurii, pozițiile relative ale componentelor periferice ale modulului de control al convertizorului trebuie aranjate științific în funcție de influența pe care o va provoca radiația de căldură. Când componentele fierbinți sunt aproape de modulul de control al convertizorului, pentru a slăbi efectul de încălzire al sursei de radiație, aripioarele subțiri ale plăcii de izolație termică trebuie introduse între modulul de control și componentele fierbinți.

2, disiparea căldurii de transmisie

În multe aplicații, căldura generată pe substratul modulului de putere trebuie să fie transferată pe o suprafață lungă de disipare a căldurii prin intermediul componentelor de transfer de căldură. În acest fel, temperatura substratului modulului de putere va fi echivalentă cu suma temperaturii suprafeței de disipare a căldurii, a temperaturii componentelor de transfer de căldură și a temperaturii ambelor suprafețe. Rezistența termică a componentelor de transfer de căldură este proporțională cu lungimea L dintre cele două și invers proporțională cu aria secțiunii transversale și rata de transfer de căldură dintre cele două. Utilizarea materiilor prime adecvate și a zonelor de secțiune transversală poate reduce, de asemenea, în mod eficient rezistența termică a componentelor de transfer de căldură. Atunci când spațiul de instalare și costul sunt permise, trebuie utilizat radiatorul cu cea mai mică rezistență termică. Trebuie reținut că, dacă temperatura substratului modulului de alimentare scade ușor, timpul mediu dintre defecțiuni (MTBF) va crește semnificativ.

Materiile prime pentru producerea radiatoarelor sunt un element cheie care afectează eficiența, așa că trebuie să acordați atenție multor aspecte atunci când alegeți. În majoritatea aplicațiilor, căldura generată de modulul de putere va fi transferată de la substrat la radiatorul sau la componentele de transfer de căldură. Cu toate acestea, va exista o diferență de temperatură pe suprafață între substratul modulului de putere și componentele de transfer de căldură. Acest tip de diferență de temperatură trebuie controlată. Rezistența termică este conectată în serie în bucla de control a disipării căldurii. Temperatura substratului ar trebui să fie temperatura suprafeței și componentele de transfer de căldură. Suma temperaturii. Dacă nu este controlată, creșterea temperaturii suprafeței va fi foarte evidentă. Suprafața totală ar trebui să fie cât mai mare posibil, iar netezimea suprafeței trebuie să fie de 5 mils (0,005 picioare). Pentru a elimina mai bine denivelările suprafeței, puteți umple suprafața cu adeziv termoconductor sau tampon de transfer termic. ) După luarea măsurilor adecvate, rezistența termică a suprafeței poate fi redusă la sub 0,1 ℃/W. Doar prin reducerea rezistenței termice de disipare a căldurii (RTH) sau reducerea consumului de energie (Ploss) se poate reduce temperatura și se poate crește TAmax. Puterea maximă a sursei de comutare este legată de temperatura scenei de aplicare. Parametrii principali care afectează pierderea puterii de ieșire Ploss, rezistența termică RTH și cea mai mare sursă de alimentare comutată Temperatura carcasei TC. Sursa de alimentare comutată cu eficiență ridicată și cea mai bună disipare a căldurii va avea o temperatură mai scăzută. Când iese puterea nominală de ieșire, temperatura lor utilizabilă va fi marginală. Temperatura unei surse de alimentare comutatoare cu eficiență mai scăzută sau cu disipare slabă a căldurii va fi mai mare. Acestea trebuie să fie aplicații răcite cu aer sau reduse.

3, disiparea căldurii prin convecție

Disiparea căldurii prin convecție este cea mai utilizată metodă de disipare a căldurii pentru convertoarele de putere Aipu. Convecția este în general împărțită în convecție naturală și convecție forțată. Transferul de căldură de la suprafața blocului fierbinte la gazul static din jur la o temperatură mai scăzută se numește convecție naturală; transferul de căldură de la suprafața blocului fierbinte la gazul fluid se numește convecție forțată.

Avantajele convecției naturale sunt că este foarte ușor de implementat, nu necesită ventilatoare electrice, are un cost scăzut și are fiabilitate ridicată în disiparea căldurii. Cu toate acestea, spre deosebire de convecția forțată, pentru a obține aceeași temperatură a substratului, este necesar un radiator mare.

Designul radiatorului cu convecție naturală ar trebui să acorde, de asemenea, atenție la următoarele:

În general, pentru radiatoarele sunt dați doar parametrii principali ai radiatoarelor verticale. Efectul real de disipare a căldurii al radiatorului orizontal este slab. Dacă este necesară instalarea orizontală, suprafața radiatorului trebuie mărită în mod corespunzător și poate fi utilizată și disiparea căldurii prin convecție forțată.