Descrizione della modalità di dissipazione del calore del modulo di potenza
Esistono tre metodi di dissipazione del calore per i moduli di potenza: convezione, conduzione e irraggiamento. Nelle applicazioni pratiche, la maggior parte di essi utilizza la convezione come principale metodo di dissipazione del calore. Se il design è appropriato, insieme ai due metodi di dissipazione del calore di conduzione e radiazione, l'effetto sarà massimizzato. Tuttavia, se il design non è corretto, causerà effetti negativi. Pertanto, quando si progetta un modulo di potenza, la progettazione di un sistema di dissipazione del calore è diventata un collegamento importante.
1. Metodo di raffreddamento a convezione
La dissipazione del calore per convezione si riferisce al trasferimento di calore attraverso l'aria media fluida per ottenere l'effetto di dissipazione del calore. È il nostro metodo comune di dissipazione del calore. I metodi di convezione sono generalmente divisi in due tipi, convezione forzata e convezione naturale. La convezione forzata si riferisce al trasferimento di calore dalla superficie dell'oggetto riscaldante all'aria che scorre e la convezione naturale si riferisce al trasferimento di calore dalla superficie dell'oggetto riscaldante all'aria circostante a una temperatura inferiore. I vantaggi dell'utilizzo della convezione naturale sono la semplice implementazione, il basso costo, l'assenza di una ventola di raffreddamento esterna e l'elevata affidabilità. Affinché la convezione forzata raggiunga la temperatura del substrato per l'uso normale, richiede un dissipatore di calore più grande e occupa spazio.
Prestare attenzione al design del radiatore a convezione naturale. Se il radiatore orizzontale ha uno scarso effetto di dissipazione del calore, l'area del radiatore dovrebbe essere adeguatamente aumentata o convezione forzata per dissipare il calore quando installato orizzontalmente.
2. Metodo di dissipazione del calore per conduzione
Quando il modulo di potenza è in uso, il calore sul substrato deve essere condotto alla superficie di dissipazione del calore lontana attraverso l'elemento conduttore di calore, in modo che la temperatura del substrato sia uguale alla somma della temperatura del dissipatore di calore superficie, l'aumento di temperatura dell'elemento conduttore di calore e l'aumento di temperatura delle due superfici di contatto. In questo modo l'energia termica può essere volatilizzata in uno spazio efficace per garantire il normale funzionamento dei componenti. La resistenza termica di un elemento termico è direttamente proporzionale alla lunghezza e inversamente proporzionale alla sua area della sezione trasversale e alla conduttività termica. Se non si considerano lo spazio e il costo di installazione, si dovrebbe utilizzare il radiatore con la minore resistenza termica. Poiché la temperatura del substrato dell'alimentatore diminuisce leggermente, il tempo medio tra i guasti sarà notevolmente migliorato, la stabilità dell'alimentatore sarà migliorata e la durata sarà più lunga.
La temperatura è un fattore importante che influisce sulle prestazioni dell'alimentatore, quindi quando si sceglie un radiatore, è necessario concentrarsi sui materiali di fabbricazione. Nelle applicazioni pratiche, il calore generato dal modulo viene condotto dal substrato al dissipatore di calore o all'elemento conduttore di calore. Tuttavia, ci sarà una differenza di temperatura sulla superficie di contatto tra il substrato di potenza e l'elemento conduttore di calore, e questa differenza di temperatura deve essere controllata. La temperatura del substrato dovrebbe essere la somma dell'aumento di temperatura della superficie di contatto e della temperatura dell'elemento conduttore di calore. Se non è controllato, l'aumento di temperatura della superficie di contatto sarà particolarmente significativo. Pertanto, l'area della superficie di contatto dovrebbe essere la più ampia possibile e la levigatezza della superficie di contatto dovrebbe essere entro 5 mil, cioè entro 0,005 pollici.
Per eliminare le irregolarità della superficie, la superficie di contatto deve essere riempita con colla conduttiva termica o tampone termico. Dopo aver preso le misure appropriate, la resistenza termica della superficie di contatto può essere ridotta al di sotto di 0,1°C/W. Solo riducendo la dissipazione del calore e la resistenza termica o il consumo di energia è possibile ridurre l'aumento di temperatura. La potenza di uscita massima dell'alimentatore è correlata alla temperatura dell'ambiente dell'applicazione. I parametri di influenza generalmente includono: perdita di potenza, resistenza termica e temperatura massima del case dell'alimentatore. Gli alimentatori ad alta efficienza e una migliore dissipazione del calore avranno un aumento di temperatura inferiore e la loro temperatura utilizzabile avrà un margine alla potenza nominale. Gli alimentatori con efficienza inferiore o scarsa dissipazione del calore avranno un aumento della temperatura più elevato perché richiedono il raffreddamento ad aria o devono essere declassati per l'uso.
3. Metodo di dissipazione del calore per radiazione
La dissipazione del calore per irraggiamento è il successivo trasferimento di calore per irraggiamento che si verifica quando due interfacce con temperature diverse si fronteggiano. L'influenza della radiazione sulla temperatura di un singolo oggetto dipende da molti fattori, come la differenza di temperatura dei vari componenti, l'esterno dei componenti, la posizione dei componenti e la distanza tra loro. Nelle applicazioni pratiche, questi fattori sono difficili da quantificare e, insieme all'influenza dello scambio di energia radiante dell'ambiente circostante, è difficile calcolare con precisione gli effetti disordinati della radiazione sulla temperatura.
Nelle applicazioni pratiche, è impossibile per un alimentatore utilizzare la sola dissipazione del calore per radiazione, poiché questo metodo generalmente può dissipare solo il 10% o meno del calore totale. Di solito è usato come mezzo ausiliario del metodo principale di dissipazione del calore e generalmente non è considerato nella progettazione termica. Il suo effetto sulla temperatura. Nello stato di funzionamento dell'alimentatore, la sua temperatura è generalmente superiore alla temperatura dell'ambiente esterno e il trasferimento della radiazione aiuta la dissipazione complessiva del calore. Tuttavia, in circostanze speciali, fonti di calore vicino all'alimentatore, come resistori ad alta potenza, schede di dispositivi, ecc., la radiazione di questi oggetti farà aumentare la temperatura del modulo di alimentazione.
