Popis režimu odvodu tepla výkonového modulu
Existujú tri spôsoby rozptylu tepla pre výkonové moduly: konvekcia, vedenie a žiarenie. V praktických aplikáciách väčšina z nich používa konvekciu ako hlavný spôsob rozptylu tepla. Ak je návrh vhodný, v spojení s dvoma spôsobmi odvádzania tepla vedením a sálaním, účinok sa maximalizuje. Ak je však návrh nevhodný, spôsobí to nepriaznivé účinky. Preto sa pri navrhovaní výkonového modulu stal dôležitým článkom návrh systému odvodu tepla.
1. Metóda konvekčného chladenia
Konvekčný odvod tepla sa vzťahuje na prenos tepla cez tekuté médium vzduch na dosiahnutie efektu rozptylu tepla. Je to naša bežná metóda rozptylu tepla. Metódy konvekcie sa vo všeobecnosti delia na dva typy, nútenú konvekciu a prirodzenú konvekciu. Nútenou konvekciou sa rozumie prenos tepla z povrchu vykurovacieho objektu do prúdiaceho vzduchu a prirodzenou konvekciou sa rozumie prenos tepla z povrchu vykurovacieho objektu do okolitého vzduchu pri nižšej teplote. Výhody použitia prirodzenej konvekcie sú jednoduchá implementácia, nízka cena, nie je potrebný externý chladiaci ventilátor a vysoká spoľahlivosť. Aby nútená konvekcia dosiahla teplotu podkladu pre bežné použitie, vyžaduje väčší chladič a zaberá miesto.
Venujte pozornosť dizajnu prirodzeného konvekčného radiátora. Ak má horizontálny radiátor slabý rozptyl tepla, plocha radiátora by mala byť primerane zväčšená alebo nútená konvekcia na odvádzanie tepla, keď je inštalovaný horizontálne.
2. Metóda šírenia tepla vedením
Keď sa napájací modul používa, teplo na substráte sa musí odvádzať na vzdialený povrch odvádzajúci teplo cez teplovodivý prvok, takže teplota substrátu sa bude rovnať súčtu teplôt teplovodného prvku. povrch, zvýšenie teploty tepelne vodivého prvku a zvýšenie teploty dvoch kontaktných povrchov. Týmto spôsobom môže byť tepelná energia odparená v efektívnom priestore, aby sa zabezpečilo, že komponenty môžu normálne fungovať. Tepelný odpor tepelného prvku je priamo úmerný dĺžke a nepriamo úmerný jeho prierezovej ploche a tepelnej vodivosti. Ak sa neberie do úvahy inštalačný priestor a náklady, mal by sa použiť radiátor s najmenším tepelným odporom. Pretože teplota substrátu napájacieho zdroja trochu klesne, stredný čas medzi poruchami sa výrazne zlepší, zlepší sa stabilita napájacieho zdroja a predĺži sa životnosť.
Teplota je dôležitým faktorom, ktorý ovplyvňuje výkon napájacieho zdroja, preto by ste sa pri výbere radiátora mali zamerať na jeho výrobné materiály. V praktických aplikáciách sa teplo generované modulom odvádza zo substrátu do chladiča alebo teplovodného prvku. Na kontaktnom povrchu medzi napájacím substrátom a tepelne vodivým prvkom však bude teplotný rozdiel a tento teplotný rozdiel je potrebné kontrolovať. Teplota podkladu by mala byť súčtom nárastu teploty kontaktnej plochy a teploty teplovodivého prvku. Ak nie je kontrolovaná, zvýšenie teploty kontaktnej plochy bude obzvlášť významné. Preto by plocha kontaktnej plochy mala byť čo najväčšia a hladkosť kontaktnej plochy by mala byť do 5 mil, to znamená do 0,005 palca.
Aby sa odstránili nerovnosti povrchu, kontaktná plocha by mala byť vyplnená tepelne vodivým lepidlom alebo tepelnou podložkou. Po vykonaní vhodných opatrení možno tepelný odpor kontaktnej plochy znížiť pod 0,1°C/W. Nárast teploty možno znížiť iba znížením odvodu tepla a tepelného odporu alebo spotreby energie. Maximálny výstupný výkon napájacieho zdroja súvisí s teplotou prostredia aplikácie. Ovplyvňujúce parametre vo všeobecnosti zahŕňajú: stratový výkon, tepelný odpor a maximálnu teplotu skrine zdroja. Zdroje s vysokou účinnosťou a lepším odvodom tepla budú mať nižší nárast teploty a ich využiteľná teplota bude mať rezervu pri menovitom výkone. Napájacie zdroje s nižšou účinnosťou alebo slabým odvodom tepla budú mať vyšší nárast teploty, pretože vyžadujú chladenie vzduchom alebo je potrebné ich použiť na zníženie výkonu.
3. Metóda šírenia tepla sálaním
Disipácia tepla sálaním je postupný prenos tepla sálaním, ku ktorému dochádza, keď sú oproti sebe dve rozhrania s rôznymi teplotami. Vplyv žiarenia na teplotu jedného objektu závisí od mnohých faktorov, ako je teplotný rozdiel rôznych komponentov, vonkajšia strana komponentov, poloha komponentov a vzdialenosť medzi nimi. V praktických aplikáciách sa tieto faktory ťažko kvantifikujú a v spojení s vplyvom vlastnej výmeny žiarivej energie okolitého prostredia' je ťažké presne vypočítať chaotické účinky žiarenia na teplotu.
V praktických aplikáciách nie je možné, aby napájací zdroj využíval samotný rozptyl tepla sálaním, pretože táto metóda môže vo všeobecnosti odviesť iba 10 % alebo menej celkového tepla. Zvyčajne sa používa ako pomocný prostriedok hlavnej metódy rozptylu tepla a vo všeobecnosti sa s ním nepočíta pri tepelnom návrhu. Jeho vplyv na teplotu. V pracovnom stave napájacieho zdroja je jeho teplota spravidla vyššia ako teplota vonkajšieho prostredia a prenos žiarenia napomáha celkovému odvodu tepla. Za zvláštnych okolností však zdroje tepla v blízkosti napájacieho zdroja, ako sú vysokovýkonné rezistory, dosky zariadení atď., spôsobí vyžarovanie týchto predmetov zvýšenie teploty napájacieho modulu.
