Dizajn toplinskog hlađenja za uređaje za napajanje
Svi znamo da je upravljanje toplinom važan aspekt upravljanja energijom. Potrebno je održavati komponente i sustave unutar temperaturnih granica. Pasivna rješenja počinju s hladnjakom i toplinskim cijevima, a mogu koristiti ventilatore za aktivno hlađenje kako bi poboljšali učinak hlađenja.
Modeliranje sustava razine komponenti i gotovog proizvoda omogućuje dizajnerima da naprave približnu analizu strategije hlađenja prvog reda. Korištenje računalne dinamike fluida za daljnju analizu može u potpunosti razumjeti ukupnu toplinsku situaciju i utjecaj promjena u strategiji hlađenja. Sva rješenja za upravljanje toplinom uključuju kompromise u pogledu veličine, snage, učinkovitosti, težine, pouzdanosti i cijene 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, vođenje i konvekcija
Za većinu elektroničkih sustava potrebno je hlađenje pustiti toplinu da napusti izravni izvor topline kondukcijom, a zatim je prenijeti na druga mjesta konvekcijom. Izazov dizajna je kombinirati različit hardver za upravljanje toplinom kako bi se učinkovito postigla potrebna vodljivost i konvekcija. Tri su najčešće korištena rashladna elementa: radijator, toplinska cijev i ventilator. Radijatori i toplinske cijevi su pasivni rashladni sustavi bez napajanja, što također uključuje metode prirodnog provođenja i konvekcije. Nasuprot tome, ventilator je aktivni sustav prisilnog hlađenja zraka.
Hlađenje hladnjaka:
Hladnjak je aluminijska ili bakrena struktura, koja može dobiti toplinu iz izvora topline kroz vođenje 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 peraja koje povezuju jedan tranzistor do velikih ekstruzija s mnogo rebara koje mogu presresti i prenijeti toplinu na konvektivni protok zraka.
Jedna od prednosti hladnjaka je to što nema pokretnih dijelova, nema operativnih troškova i nema načina kvara. Nakon što je hladnjak odgovarajuće veličine spojen na izvor topline, kako se topli zrak diže, konvekcija će se prirodno pojaviti, počevši i nastaviti stvarati protok zraka. Stoga su ove prednosti vrlo važne kada se koristi hladnjak kako bi se osigurao nesmetan protok 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 od izvora na mjesto prikladnije za upravljanje.
Dodavanje ventilatora za hlađenje:
Očito će ventilatori povećati troškove, zahtijevati prostor i povećati buku sustava. Kao elektromehanički uređaj, ventilator je također sklon kvaru, 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 za smanjenje brzine, čime se smanjuje potrošnja energije i koriste lopatice koje smanjuju buku pri optimalnoj radnoj brzini.
Modeliranje i toplinska simulacija:
Modeliranje i simulacija bitni su za učinkovitu strategiju upravljanja toplinom kako bi se odredilo koliko je zraka za hlađenje 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 strujanja zraka, protok zraka ventilatora i druge faktore za osnovni izračun, možemo grubo razumjeti temperaturni uvjet.
Uvođenjem nekih prilagodbi, dizajneri mogu vidjeti zahtijevaju li veći zračni otvori više zraka, odrediti jesu li drugi putovi strujanja zraka učinkovitiji, identificirati razlike u korištenju većih ili različitih radijatora, istražiti upotrebu toplinskih cijevi za pomicanje vrućih točaka itd. Ovi softverski paketi za CFD modeliranje mogu generirati tablične podatke i slike u boji odvođenja 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 raspona specifikacije, povećanje temperature će uzrokovati promjene performansi s promjenom parametara komponenti. 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.
