Serija tehnologije upravljanja toplinom: Upravljanje hlađenjem snage

Kada inženjeri elektrotehnike spomenu pojam"upravljanje napajanjem", većina ljudi pomisli na MOS cijevi, pretvarače, transformatore itd.

Zapravo, upravljanje napajanjem je puno više od toga.

Napajanje će stvarati toplinu dok radi, a kontinuirani porast temperature uzrokovat će promjene u performansama, što na kraju može dovesti do kvarova sustava.

Osim toga, toplina će skratiti život komponenti i utjecati na dugoročnu pouzdanost.

Stoga, upravljanje energijom također uključuje upravljanje toplinom. Što se tiče upravljanja toplinom, postoje dvije točke gledišta koje treba razumjeti:

& quot;Mikro"|Problem

Jedna komponenta se pregrijala zbog prekomjernog stvaranja topline, ali temperatura ostatka sustava i kućišta je unutar granica.

& quot;Makro"|Problem

Temperatura cijelog sustava je previsoka zbog nakupljanja topline iz više izvora topline.

Inženjer treba odrediti koliko je problema u upravljanju toplinom mikro i makro, te stupanj korelacije između njih.

Jednostavno razumijevanje je da čak i ako porast temperature komponente koja stvara toplinu premašuje dopuštenu granicu i uzrokuje zagrijavanje cijelog sustava, to ne znači nužno da je cijeli sustav pregrijan, ali višak topline koju stvara komponenta mora biti raspršen.

Pa kamo ide vrućina?

Raštrkano na hladnije mjesto, može biti susjedni dio sustava i šasije, ili može biti izvan šasije (moguće samo kada je vanjska temperatura niža od unutarnje).

Upravljanje toplinom slijedi osnovna načela fizike. Postoje tri načina provođenja topline: zračenje, vođenje i konvekcija.

Za većinu elektroničkih sustava, postizanje potrebnog hlađenja je prvo pustiti toplinu da napusti izvor topline kondukcijom, a zatim je prenijeti na druga mjesta konvekcijom.

Prilikom izvođenja toplinskog dizajna potrebno je kombinirati različit hardver za upravljanje toplinom kako bi se učinkovito postigla potrebna vodljivost i konvekcija.

Tri su najčešće korištene komponente za hlađenje: radijatori, toplinske cijevi i ventilatori.

Radijator i toplinska cijev su pasivni rashladni sustavi bez napajanja, dok je ventilator aktivni sustav prisilnog hlađenja zraka.

Radijator 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 postigla konvekcija.

Hladnjaci dolaze u tisućama veličina i oblika, od malih utisnutih metalnih peraja koje povezuju jedan tranzistor do velikih ekstruzija s mnogo rebara (prstima) koje mogu presresti konvektivni protok zraka i prenijeti toplinu na njega.

Radijator ima prednosti što nema pokretnih dijelova, operativnih troškova, načina kvara itd.

Nakon što je radijator spojen na izvor topline, kako se topli zrak diže, prirodno će doći do konvekcije, čime će započeti i nastaviti stvarati strujanje zraka.

Iako je radijator jednostavan za korištenje, postoje neki nedostaci: 1. Radijator koji prenosi veliku toplinu je velik, skup i težak i mora biti ispravno postavljen, što će utjecati ili ograničiti fizički izgled ploče;

2. Peraje mogu biti blokirane prašinom u strujanju zraka, smanjujući učinkovitost;

3. Mora biti ispravno spojen na izvor topline kako bi toplina mogla nesmetano teći od izvora topline do radijatora.

Konačno, modeliranje mora riješiti dva problema:

1. Problem vršne i prosječne disipacije. Na primjer, stabilna komponenta s kontinuiranom toplinskom disipacijom od 1 W i uređaj s toplinskom disipacijom od 10 W, ali s 10% isprekidanim radnim ciklusom imaju različite toplinske učinke.

To jest, prosječna disipacija topline je ista, a povezana toplinska masa i toplinski tok će proizvesti različite distribucije topline. Većina CFD aplikacija može kombinirati statičku i dinamičku analizu.

2. Nesavršena fizička veza između komponenti i površine minijaturnog modela, kao što je fizička veza između vrha IC paketa i hladnjaka.

Ako spoj ima malu udaljenost, toplinski otpor ove staze će se povećati, te je potrebno ispuniti kontaktnu površinu toplinskom podlogom kako bi se poboljšala toplinska vodljivost puta.

Upravljanje toplinom može smanjiti temperaturu komponenti u napajanju i unutarnjem okruženju, što može produžiti životni vijek proizvoda i poboljšati pouzdanost.

Ali upravljanje toplinom je integrirani koncept, ako se razbije na sitnice, to je velika tema.

To uključuje kompromise veličine, snage, učinkovitosti, težine, pouzdanosti i cijene. Moraju se ocijeniti prioriteti i ograničenja projekta.