Design termico dell'alimentatore SBC
Il computer a scheda singola (SBC) rappresenta una soluzione facilmente integrata a molti problemi di controllo. La popolarità di questa idea ha portato a un aumento del numero di prodotti SBC sul mercato, che coprono un'ampia gamma di requisiti di prestazioni e costi, da soluzioni basate su microcontrollore relativamente semplici a processori ad alte prestazioni complessi ma compatti e gate ibridi programmabili sul campo array. In generale, la necessità di impacchettare una grande quantità di prestazioni di elaborazione in uno spazio ridotto pone sfide nella progettazione dell'involucro e del pacchetto e ha un effetto a catena sul sottosistema di alimentazione.
Il calore ha un impatto diretto sulle prestazioni dei sistemi elettronici. I circuiti elettronici, in particolare quelli utilizzati per la conversione e la trasmissione di potenza, di solito funzionano in modo più efficiente a temperature più basse e, a loro volta, tendono a dissipare meno energia sotto forma di calore disperso. Con l'aumentare della potenza erogata dall'intero sistema, aumenta in modo significativo il guadagno di efficienza ottenibile con un raffreddamento efficace.
Il funzionamento più freddo avrà anche una reazione a catena sull'affidabilità. Se il sistema viene utilizzato a una temperatura inferiore, la probabilità del loro guasto entro un dato tempo sarà ridotta. Questi fattori rendono importante considerare tutte le possibilità quando si esaminano le opzioni di progettazione dell'alimentatore, come le curve di raffreddamento e carico rispetto all'efficienza. Esistono tre modi principali di dissipazione del calore per le unità elettroniche come l'alimentazione: irraggiamento, convezione e conduzione. Per i sistemi elettronici utilizzati nella maggior parte degli ambienti, la convezione e la conduzione sono le più importanti.
Attraverso la convezione, quando l'energia viene trasferita dai componenti solidi del sistema alle molecole d'aria, il calore verrà trasferito dall'alimentatore. Il tasso di perdita di calore è proporzionale alla velocità dell'aria che scorre attraverso il sistema. Pertanto, il raffreddamento ad aria forzata fornirà un grado di raffreddamento maggiore rispetto al movimento naturale generato dal gruppo termico che trasferisce energia alle molecole d'aria.
La conduzione attraverso il substrato del PCB o lo chassis del sistema fornisce un ulteriore modo per dissipare il calore dall'alimentatore, sebbene sia tradizionalmente considerato meno importante della convezione. Inoltre, nel sistema basato su SBC, è anche importante che il calore dell'alimentatore non possa essere trasferito al complesso del processore, poiché aumenterà la possibilità che il dispositivo entri in arresto termico per proteggersi in condizioni di carico elevato.
In generale, l'alto contenuto di rame del PCB e il metallo nell'alloggiamento aiutano a fornire un buon percorso per la fuoriuscita del calore dall'alimentatore attraverso la conduzione. I radiatori installati all'esterno dell'armadio aiutano a trasferire il calore dal sistema in luoghi dove può essere disperso per convezione. Si consiglia di riempire eventuali spazi tra le apparecchiature da raffreddare con un adesivo termicamente conduttivo e massimizzare il trasferimento di calore dall'apparecchiatura al radiatore. Bulloni o morsetti aumentano la pressione di contatto, che migliora anche il trasferimento di calore nel dissipatore di calore.
Anche la direzione dell'alimentazione nel sistema influirà sulle prestazioni di raffreddamento, a seconda della disposizione dei componenti interni. Poiché l'aria calda tende a salire, l'alimentatore installato sotto l'SBC tende a trasferire calore ai componenti nel complesso del processore. Se la scheda è installata verticalmente e l'alimentatore è sul lato, l'influenza dell'aria calda sarà minore. Tuttavia, i componenti sensibili al calore possono essere posizionati meglio nella parte inferiore dell'unità.
Quando i dissipatori sono utilizzati internamente, le alette del dissipatore più grande devono essere parallele alla direzione del flusso d'aria. Naturalmente, il flusso d'aria sarà limitato da ostacoli, che devono essere considerati. Il modo in cui l'aria lascia il sistema contribuirà a determinare l'efficienza del flusso d'aria. Per prevenire l'accumulo di pressione e ridurre l'efficienza del ventilatore, l'area della sezione trasversale dell'uscita dell'aria deve essere almeno il 50% più grande dell'area della sezione trasversale dell'ingresso.
Considerando questi fattori, considerando i parametri termici progettati attorno all'intero sistema, i progettisti possono non solo sfruttare appieno la disponibilità di SBC ad alte prestazioni, ma anche sfruttare appieno i convertitori di potenza standard.
