Come ridurre la resistenza termica del dispositivo elettrico

Man mano che le apparecchiature diventano più potenti e compatte, gli ingegneri di diversi settori stanno compiendo sforzi incessanti nella gestione termica dei prodotti elettronici. Sebbene esistano molte soluzioni creative in grado di eliminare l'energia termica attraverso dispositivi di conduzione del calore ad alta temperatura come ventole, raffreddatori a liquido e tubi di conduzione del calore, anche il dispositivo stesso ha fatto molti progressi per ottimizzare sostanzialmente le prestazioni termiche.

Temperatura di lavoro:

Quando si progettano prodotti finali come apparecchiature IOT, strumenti medici o sensori industriali, quasi tutti i dispositivi prendono come parametro la temperatura operativa ambientale massima. La temperatura ambiente massima è impostata dal produttore del dispositivo per garantire che le prestazioni dell'apparecchiatura raggiungano uno standard accettabile e che le caratteristiche fisiche non vengano danneggiate. Ad esempio, alcuni transistor di commutazione possono sopportare carichi di potenza molto elevati, ma le giunzioni interne dei semiconduttori si scioglieranno se esposte a una temperatura ambiente troppo elevata. Inoltre, la temperatura influenzerà direttamente la conduttività del materiale. Se viene superata la temperatura operativa massima, le prestazioni del dispositivo potrebbero essere modificate.

Togliere il calore dalla fonte:

Nei dispositivi con consumo energetico interno fisso e soglie di temperatura ambiente fisse, come la maggior parte dei dispositivi e circuiti integrati di conversione di potenza, la temperatura superficiale dell'alloggiamento dipende dalla resistenza termica interna e dall'efficienza del trasferimento di calore. La resistenza termica interna descrive l'efficienza del trasferimento di calore dalla fonte di calore alla superficie del dispositivo. Tuttavia, quando la maggior parte delle persone pensa alla gestione del calore, pensa all’efficienza del trasferimento di calore dai dispositivi all’ambiente, al trasferimento di calore convettivo, conduttivo o radiante. Questi metodi sono solitamente scambiatori di calore passivi, ventole, sistemi di raffreddamento a liquido, tubi di calore e dissipatori di calore.

Il modo migliore per mantenere una buona temperatura dell'involucro è modificare direttamente la resistenza termica interna dell'apparecchiatura e l'efficienza della dissipazione del calore nell'ambiente circostante. Un dispositivo di gestione termica perfetto ha una resistenza termica pari a zero e una dissipazione del calore infinita. Tuttavia, poiché i dispositivi sono realizzati con materiali reali, ogni materiale ha le proprie caratteristiche uniche di resistenza termica e nessun sistema può trasferire il calore perfettamente, i progettisti del sistema devono cercare di ottimizzare le prestazioni termiche di ciascun dispositivo chiave sin dalle prime fasi di progettazione.

Variabile fissa:

Come sappiamo, i vari parametri dell'applicazione sono solitamente fissi, quindi il progetto deve essere sviluppato per soddisfare questi requisiti. In alcuni casi, l'efficienza del dispositivo, la temperatura ambiente e il meccanismo di trasferimento del calore del sistema dipendono dall'applicazione finale. In molti casi, se si vuole che il dispositivo raggiunga condizioni operative accettabili e una bassa temperatura dell'alloggiamento, l'unico modo è migliorare la progettazione termica interna e selezionare il dispositivo con una bassa resistenza termica interna.