Serie di tecnologie di gestione termica: gestione del raffreddamento dell'alimentazione

Quando gli ingegneri elettrici menzionano il termine"gestione dell'alimentazione", la maggior parte delle persone pensa a tubi MOS, convertitori, trasformatori, ecc.

In effetti, la gestione dell'alimentazione è molto più di questo.

L'alimentatore genererà calore quando è in funzione e il continuo aumento della temperatura causerà cambiamenti nelle prestazioni, che potrebbero eventualmente portare a guasti del sistema.

Inoltre, il calore ridurrà la vita dei componenti e influirà sull'affidabilità a lungo termine.

Pertanto, la gestione dell'alimentazione coinvolge anche la gestione termica. Per quanto riguarda la gestione termica, ci sono due punti di vista che devono essere compresi:

& quot;Micro"|Problema

Un singolo componente si è surriscaldato a causa dell'eccessiva generazione di calore, ma la temperatura del resto del sistema e del case rientra nei limiti.

& quot;Macro"|Problema

La temperatura dell'intero sistema è troppo alta a causa dell'accumulo di calore da più fonti di calore.

L'ingegnere deve determinare quanti dei problemi di gestione termica sono micro e macro e il grado di correlazione tra i due.

La semplice comprensione è che anche se l'aumento di temperatura di un componente che genera calore supera il suo limite consentito e provoca il riscaldamento dell'intero sistema, non significa necessariamente che l'intero sistema sia surriscaldato, ma il calore in eccesso generato dal componente deve essere dissipato.

Allora dove va a finire il caldo?

Disperso in un luogo più freddo, può essere la parte adiacente del sistema e dello chassis, oppure può essere all'esterno dello chassis (possibile solo quando la temperatura esterna è inferiore alla temperatura interna).

La gestione termica segue i principi di base della fisica. Esistono tre modalità di conduzione del calore: irraggiamento, conduzione e convezione.

Per la maggior parte dei sistemi elettronici, per ottenere il raffreddamento richiesto è necessario prima lasciare che il calore lasci la fonte di calore per conduzione e poi trasferirlo in altri luoghi per convezione.

Quando si esegue la progettazione termica, è necessario combinare vari hardware di gestione termica per ottenere efficacemente la conduzione e la convezione richieste.

Ci sono tre componenti di raffreddamento più comunemente usati: radiatori, tubi di calore e ventole.

Il radiatore e il tubo di calore sono sistemi di raffreddamento passivo senza alimentazione, mentre la ventola è un sistema di raffreddamento attivo ad aria forzata.

Il radiatore è una struttura in alluminio o rame che può ottenere calore da una fonte di calore per conduzione e trasferire il calore al flusso d'aria (in alcuni casi, acqua o altri liquidi) per ottenere la convezione.

I dissipatori di calore sono disponibili in migliaia di dimensioni e forme, da piccole alette metalliche stampate che collegano un singolo transistor a grandi estrusioni con molte alette (dita) che possono intercettare il flusso d'aria convettivo e trasferire calore ad esso.

Il radiatore ha i vantaggi di non avere parti in movimento, costi operativi, modalità di guasto, ecc.

Una volta collegato il radiatore alla fonte di calore, man mano che l'aria calda sale, la convezione avverrà naturalmente, iniziando e continuando a formare un flusso d'aria.

Sebbene il radiatore sia facile da usare, ci sono alcuni inconvenienti: 1. Il radiatore che trasmette grande calore è grande, costoso e pesante e deve essere posizionato correttamente, il che influenzerà o limiterà il layout fisico del circuito;

2. Le alette possono essere bloccate dalla polvere nel flusso d'aria, riducendo l'efficienza;

3. Deve essere collegato correttamente alla fonte di calore in modo che il calore possa fluire senza intoppi dalla fonte di calore al radiatore.

Infine, la modellazione deve risolvere due problemi:

1. Il problema della dissipazione di picco e media. Ad esempio, un componente a regime con una dissipazione termica continua di 1 W e un dispositivo con una dissipazione termica di 10 W ma con un ciclo di lavoro intermittente del 10% hanno effetti termici diversi.

Vale a dire, la dissipazione media del calore è la stessa e la relativa massa di calore e il flusso di calore produrranno distribuzioni di calore diverse. La maggior parte delle applicazioni CFD può combinare analisi statiche e dinamiche.

2. La connessione fisica imperfetta tra i componenti e la superficie del modello in miniatura, come la connessione fisica tra la parte superiore del pacchetto IC e il dissipatore di calore.

Se la connessione ha una piccola distanza, la resistenza termica di questo percorso aumenterà ed è necessario riempire la superficie di contatto con un pad termico per migliorare la conduttività termica del percorso.

La gestione termica può ridurre la temperatura dei componenti nell'alimentatore e nell'ambiente interno, prolungando la durata del prodotto e migliorando l'affidabilità.

Ma la gestione termica è un concetto integrato, se scomposto nelle minuzie, è un argomento enorme.

Implica i compromessi di dimensioni, potenza, efficienza, peso, affidabilità e costo. La priorità ei vincoli del progetto devono essere valutati.