Návrh tepelného chladenia pre napájacie zariadenia

Všetci vieme, že tepelný manažment je dôležitým aspektom správy napájania. Musí udržiavať komponenty a systémy v rámci teplotných limitov. Pasívne riešenia začínajú chladičmi a tepelnými trubicami a môžu využívať ventilátory na aktívne chladenie na zvýšenie chladiaceho efektu.

Modelovanie systému na úrovni komponentov a hotového produktu umožňuje dizajnérom vykonať približnú analýzu stratégie chladenia prvého poriadku. Použitie výpočtovej dynamiky tekutín na ďalšiu analýzu môže plne pochopiť celkovú tepelnú situáciu a vplyv zmien v stratégii chladenia. Všetky riešenia tepelného manažmentu zahŕňajú kompromisy vo veľkosti, výkone, účinnosti, hmotnosti, spoľahlivosti a nákladoch a musia vyhodnotiť priority a obmedzenia projektu.

Všetky riešenia tepelného manažmentu sa riadia základnými princípmi fyziky. V režime chladenia existujú tri spôsoby vedenia tepla: sálanie, vedenie a prúdenie

Pre väčšinu elektronických systémov je potrebné chladenie nechať teplo opustiť priamy zdroj tepla vedením a potom ho preniesť na iné miesta konvekciou. Výzvou pri návrhu je skombinovať rôzny hardvér na riadenie teploty, aby sa efektívne dosiahla požadovaná vodivosť a konvekcia. Existujú tri najbežnejšie používané chladiace prvky: radiátor, tepelná trubica a ventilátor. Radiátory a tepelné trubice sú pasívne chladiace systémy bez napájania, ktoré zahŕňa aj metódy prirodzene indukovaného vedenia a konvekcie. Naproti tomu ventilátor je aktívny systém chladenia núteným vzduchom.

Chladenie chladiča:

Chladič je hliníková alebo medená konštrukcia, ktorá môže získavať teplo zo zdroja tepla vedením a odovzdávať teplo prúdeniu vzduchu (v niektorých prípadoch vode alebo iným kvapalinám), aby sa realizovala konvekcia. Radiátory sa dodávajú v tisíckach veľkostí a tvarov, od malých lisovaných kovových rebier spájajúcich jeden tranzistor až po veľké výlisky s mnohými rebrami, ktoré dokážu zachytávať a prenášať teplo do konvekčného prúdu vzduchu.

Jednou z výhod chladiča je, že neexistujú žiadne pohyblivé časti, žiadne prevádzkové náklady a žiadne poruchové režimy. Akonáhle je správne dimenzovaný chladič pripojený k zdroju tepla, ako teplý vzduch stúpa, prirodzene nastane konvekcia, ktorá začína a pokračuje vo vytváraní prúdenia vzduchu. Preto sú tieto výhody veľmi dôležité pri použití chladiča na zabezpečenie hladkého prúdenia vzduchu medzi vstupom a výstupom zdroja tepla. Okrem toho vstup musí byť pod radiátorom a výstup musí byť nad; V opačnom prípade bude horúci vzduch stagnovať na zdroji tepla, čo situáciu ešte zhorší.

Pridanie heatpipes:

Funkciou tepelnej trubice je pohlcovať teplo zo zdroja tepla a odovzdávať ho do chladnejšej oblasti, sama však nepôsobí ako radiátor. Ak v blízkosti zdroja tepla nie je dostatok miesta na umiestnenie radiátora alebo je prúdenie vzduchu nedostatočné, možno použiť tepelnú trubicu. Tepelná trubica má vysokú účinnosť a môže prenášať teplo zo zdroja na miesto, ktoré je vhodnejšie na riadenie.

Pridanie chladiaceho ventilátora:

Je zrejmé, že ventilátory zvýšia náklady, vyžadujú priestor a zvýšia hlučnosť systému. Ventilátor je ako elektromechanické zariadenie tiež náchylný na poruchu, ktorá spotrebúva energiu a ovplyvňuje účinnosť celého systému. Avšak v mnohých prípadoch, najmä keď je dráha prúdenia vzduchu zakrivená, vertikálna alebo zablokovaná, sú zvyčajne jediným spôsobom, ako dosiahnuť dostatočné prúdenie vzduchu. Mnohé aplikácie využívajú tepelne riadené ventilátory, ktoré fungujú len vtedy, keď je to potrebné na zníženie otáčok, čím sa znižuje spotreba energie, a používajú lopatky, ktoré minimalizujú hluk pri optimálnej prevádzkovej rýchlosti.

Modelovanie a tepelná simulácia:

Modelovanie a simulácia sú nevyhnutné pre efektívnu stratégiu tepelného manažmentu s cieľom určiť, koľko chladiaceho vzduchu je potrebné a ako sa dosiahne chladenie. Prúd vzduchu cez rôzne zdroje tepla je možné dimenzovať tak, aby sa jeho teplota udržala pod povolenou hranicou. Použitím teploty vzduchu, dostupného prietoku nenúteného prietoku vzduchu, prietoku vzduchu ventilátora a ďalších faktorov na základný výpočet môžeme zhruba pochopiť teplotný stav.

Po vykonaní určitých úprav môžu dizajnéri zistiť, či väčšie vzduchové otvory vyžadujú viac vzduchu, určiť, či sú efektívnejšie iné cesty prúdenia vzduchu, identifikovať rozdiely v použití väčších alebo odlišných radiátorov, preskúmať použitie tepelných trubíc na presun horúcich miest atď. Tieto softvérové ​​balíky na modelovanie CFD dokážu generovať tabuľkové údaje a farebné obrázky rozptylu tepla. Zmeny veľkosti ventilátora, prietoku vzduchu a polohy sú tiež ľahko modelovateľné.

Správa napájania aj tepelný manažment, najmä ako chladenie funkcií súvisiacich s napájaním ovplyvní tepelný dizajn a akumuláciu tepla. Navyše, aj keď komponenty a systémy naďalej pracujú v rámci špecifikovaného rozsahu, zvýšenie teploty spôsobí zmeny výkonu so zmenou parametrov komponentov. Prehriatie môže tiež skrátiť životnosť komponentov, a tým skrátiť stredný čas medzi poruchami, čo je tiež faktor, ktorý treba zvážiť na zabezpečenie dlhodobej spoľahlivosti.