Rješenje za hlađenje uređaja za napajanje

Svi znamo da je upravljanje toplinom važan aspekt upravljanja energijom. Mora održavati komponente i sustave unutar temperaturnih ograničenja. Pasivna rješenja počinju s hladnjacima i toplinskim cijevima, a mogu koristiti ventilatore za aktivno hlađenje kako bi se poboljšao učinak hlađenja.Modeliranje sustava na razini komponenti i gotovog proizvoda omogućuje dizajnerima da naprave približnu analizu prvog reda strategije hlađenja. Korištenje računalne dinamike fluida za daljnju analizu može u potpunosti razumjeti cjelokupnu situaciju s toplinom i utjecaj promjena u strategiji hlađenja. Sva rješenja za upravljanje toplinom uključuju kompromise u veličini, snazi, učinkovitosti, težini, pouzdanosti i cijeni te moraju procijeniti prioritete i ograničenja projekta.

Sva rješenja za upravljanje toplinom slijede osnovna načela fizike. U načinu hlađenja postoje tri načina provođenja topline: zračenje, kondukcija i konvekcija.

Za većinu elektroničkih sustava hlađenje koje je potrebno postići je pustiti toplinu da napusti izravni izvor topline kondukcijom, a zatim je prenijeti na druga mjesta konvekcijom. Izazov dizajna je kombinirati različite hardvere za upravljanje toplinom kako bi se učinkovito postigla potrebna kondukcija i konvekcija. Tri su najčešće korištena rashladna elementa: radijator, toplinska cijev i ventilator. Radijatori i toplinske cijevi pasivni su sustavi hlađenja bez napajanja, što uključuje i metode prirodno induciranog provođenja i konvekcije. Nasuprot tome, ventilator je aktivni sustav hlađenja prisilnim zrakom.

Hlađenje hladnjakom:

Hladnjak je aluminijska ili bakrena struktura, koja može dobiti toplinu od izvora topline kroz kondukciju i prenijeti toplinu na protok zraka (u nekim slučajevima, na vodu ili druge tekućine) kako bi se ostvarila konvekcija. Radijatori dolaze u tisućama veličina i oblika, od malih utisnutih metalnih rebara koji povezuju jedan tranzistor do velikih ekstruzija s mnogo rebara koji mogu presresti i prenijeti toplinu na konvektivni protok zraka.

Jedna od prednosti hladnjaka je da nema pomičnih dijelova, nema operativnih troškova i nema kvarova. Nakon što je heatsik odgovarajuće veličine spojen na izvor topline, kako se topli zrak diže, prirodno će doći do konvekcije, koja počinje i nastavlja stvarati protok zraka. Stoga su ove prednosti vrlo važne kada se koristi rashladno tijelo za glatko strujanje zraka između ulaza i izlaza izvora topline. Štoviše, ulaz mora biti ispod radijatora, a izlaz mora biti iznad; Inače će vrući zrak stagnirati na izvoru topline, što će dodatno pogoršati situaciju.

Dodavanje toplinskih cijevi:

Funkcija toplinske cijevi je apsorbirati toplinu iz izvora topline i prenijeti je u hladnije područje, ali sama ne djeluje kao radijator. Kada u blizini izvora topline nema dovoljno prostora za postavljanje radijatora ili je protok zraka nedovoljan, može se koristiti toplinska cijev. Toplinska cijev ima visoku učinkovitost i može prenijeti toplinu iz izvora na mjesto pogodnije za upravljanje.

Dodavanje ventilatora za hlađenje:

 Očito će ventilatori povećati troškove, zahtijevati prostor i povećati buku sustava. Kao elektromehanički uređaj, ventilator je također sklon kvarovima, što troši energiju i utječe na učinkovitost cijelog sustava. Međutim, u mnogim slučajevima, posebno kada je put protoka zraka zakrivljen, okomit ili blokiran, oni su obično jedini način da se postigne dovoljan protok zraka. Mnoge aplikacije koriste toplinski kontrolirane ventilatore koji rade samo kada je potrebno smanjiti brzinu, čime se smanjuje potrošnja energije i koriste lopatice koje smanjuju buku pri optimalnoj radnoj brzini.

Modeliranje i toplinska simulacija:

Modeliranje i simulacija ključni su za učinkovitu strategiju upravljanja toplinom kako bi se odredilo koliko zraka za hlađenje je potrebno i kako se hlađenje postiže. Protok zraka kroz različite izvore topline može se dimenzionirati tako da njegova temperatura bude ispod dopuštene granice. Koristeći temperaturu zraka, raspoloživi protok neforsiranog protoka zraka, protok zraka ventilatora i druge faktore za osnovni izračun, možemo grubo razumjeti temperaturno stanje.

Uvođenjem nekih prilagodbi dizajneri mogu vidjeti zahtijevaju li veći zračni otvori više zraka, odrediti jesu li drugi putovi protoka zraka učinkovitiji, identificirati razlike u korištenju većih ili različitih radijatora, istražiti upotrebu toplinskih cijevi za pomicanje vrućih točaka itd. Ovi programski paketi za CFD modeliranje mogu generirati tablične podatke i slike u boji disipacije topline. Promjene u veličini ventilatora, protoku zraka i položaju također je lako modelirati.

Upravljanje napajanjem također i upravljanje toplinom, posebno kako će hlađenje funkcija povezanih s napajanjem utjecati na toplinski dizajn i akumulaciju topline. Osim toga, čak i ako komponente i sustavi nastave raditi unutar specificiranog raspona, povećanje temperature uzrokovat će promjene performansi s promjenom parametara komponente. Pregrijavanje također može skratiti vijek trajanja komponenti i time skratiti srednje vrijeme između kvarova, što je također faktor koji treba uzeti u obzir kako bi se osigurala dugoročna pouzdanost.