Tre metodi efficaci per la dissipazione del calore dei moduli di potenza
Esistono tre metodi di base per il trasferimento di energia del modulo di potenza da un'area ad alta temperatura a un'area a bassa temperatura: irraggiamento, trasmissione e convezione.
Radiazione: Il trasferimento per induzione elettromagnetica del calore generato tra due blocchi di diverse temperature.
Trasmissione: trasferimento di calore attraverso un mezzo solido.
Convezione: trasferimento di calore attraverso un fluido (gas)
In una varietà di applicazioni specifiche, tutti e tre i metodi di trasferimento del calore hanno spesso diversi livelli di effetto. Nella maggior parte delle applicazioni, la convezione è il metodo di trasferimento del calore più critico. Se si aggiungono gli altri due metodi di dissipazione del calore, l'effetto reale sarà migliore. Tuttavia, in alcune situazioni, questi due metodi possono anche avere effetti controproducenti. Pertanto, quando si progetta un sistema di dissipazione del calore di alta qualità, è necessario considerare attentamente tutti e tre i metodi di trasferimento del calore.
Modulo di alimentazione
1. Dissipazione del calore della fonte di radiazione
Quando due interfacce con temperature diverse si fronteggiano, causerà un continuo trasferimento di calore per irraggiamento.
L'influenza finale della radiazione sulla temperatura di determinati oggetti è determinata da molti fattori: la differenza di temperatura dei vari componenti, l'orientamento dei componenti correlati, la levigatezza della superficie dei componenti e la distanza tra loro. Poiché non c'è modo di analizzare quantitativamente questo elemento, oltre all'influenza dello scambio di energia cinetica radiativa dell'ambiente circostante, è molto complicato misurare il danno della radiazione alla temperatura, ed è difficile da misurare con precisione calcolare.
Nell'applicazione specifica del modulo di controllo del convertitore di alimentazione a commutazione, è improbabile che si faccia affidamento esclusivamente sulla dissipazione del calore radiante come metodo di raffreddamento del convertitore. Nella maggior parte dei casi, la sorgente radiante dissipa solo il 10% o meno della generazione totale di calore. Pertanto, il calore radiante viene generalmente utilizzato solo come metodo ausiliario oltre al metodo chiave di dissipazione del calore e generalmente non è considerato nel piano di progettazione termica.
L'influenza della temperatura del modulo di alimentazione. In applicazioni specifiche, la temperatura del modulo di controllo del convertitore generale è superiore alla temperatura ambiente naturale.
Pertanto, il trasferimento di energia cinetica radiante è favorevole alla dissipazione del calore. Tuttavia, in alcune condizioni, la temperatura di alcune fonti di calore (schede dei dispositivi elettronici, resistori ad alta potenza, ecc.) attorno al modulo di controllo è superiore alla temperatura del modulo di potenza e il calore radiante di questi oggetti aumenterà la temperatura del modulo di controllo.
Nel piano di progettazione della dissipazione del calore, le posizioni relative dei componenti periferici del modulo di controllo del convertitore devono essere disposte scientificamente in base all'influenza che provocherà la radiazione di calore. Quando i componenti caldi sono vicini al modulo di controllo del convertitore, per indebolire l'effetto di riscaldamento della sorgente di radiazione, le alette sottili del pannello di isolamento termico devono essere inserite tra il modulo di controllo e i componenti caldi.
2. Dissipazione del calore della trasmissione
In molte applicazioni, il calore generato sul substrato del modulo di potenza deve essere trasferito su una lunga superficie di dissipazione del calore attraverso componenti di trasferimento del calore. In questo modo, la temperatura del substrato del modulo di potenza sarà equivalente alla somma della temperatura della superficie di dissipazione del calore, della temperatura dei componenti di trasferimento del calore e della temperatura di entrambe le superfici. La resistenza termica dei componenti di trasferimento di calore è proporzionale alla lunghezza L tra i due e inversamente proporzionale all'area della sezione trasversale e alla velocità di trasferimento di calore tra i due. L'uso di materie prime appropriate e aree trasversali può anche ridurre efficacemente la resistenza termica dei componenti di trasferimento di calore. Quando lo spazio e il costo di installazione sono consentiti, dovrebbe essere utilizzato il radiatore con la minor resistenza termica. Va tenuto presente che se la temperatura del substrato del modulo di alimentazione diminuisce leggermente, il tempo medio tra i guasti (MTBF) aumenterà in modo significativo.
Le materie prime per la produzione dei dissipatori di calore sono un elemento fondamentale che incide sull'efficienza, per questo è necessario prestare attenzione a molti aspetti nella scelta. Nella maggior parte delle applicazioni, il calore generato dal modulo di alimentazione verrà trasferito dal substrato al dissipatore di calore o ai componenti di trasferimento del calore. Tuttavia, ci sarà una differenza di temperatura sulla superficie tra il substrato del modulo di alimentazione e i componenti di trasferimento del calore. Questo tipo di differenza di temperatura deve essere controllata. La resistenza termica è collegata in serie nel circuito di controllo della dissipazione del calore. La temperatura del substrato dovrebbe essere la temperatura superficiale e i componenti di trasferimento del calore. La somma della temperatura. Se non è controllato, l'aumento della temperatura della superficie sarà molto evidente. La superficie totale dovrebbe essere la più ampia possibile e la levigatezza della superficie dovrebbe essere entro 5 mil (0,005 piedi). Per rimuovere meglio le irregolarità della superficie, è possibile riempire la superficie con colla termoconduttiva o tampone di trasferimento di calore. ) Dopo aver preso le contromisure appropriate, la resistenza termica superficiale può essere ridotta a meno di 0,1 ℃/W. Solo riducendo la resistenza termica di dissipazione del calore (RTH) o riducendo il consumo di energia (Ploss) è possibile ridurre la temperatura e aumentare il TAmax. La potenza massima dell'alimentatore switching è correlata alla temperatura della scena applicativa. I principali parametri che influenzano la potenza dissipata in uscita Ploss, la resistenza termica RTH e l'alimentatore switching massimo Temperatura della cassa TC. L'alimentatore switching ad alta efficienza e migliore dissipazione del calore avrà una temperatura più bassa. Alla potenza di uscita nominale, il loro margine di temperatura disponibile. La temperatura di un alimentatore switching con efficienza inferiore o scarsa dissipazione del calore sarà maggiore. Devono essere raffreddati ad aria o declassati per l'applicazione.
3. Dissipazione del calore per convezione
La dissipazione del calore per convezione è il metodo di dissipazione del calore più comunemente utilizzato per i convertitori di potenza Epson. La convezione è generalmente divisa in due tipi: convezione naturale e convezione forzata. Il trasferimento di calore dalla superficie del blocco caldo al gas statico circostante a temperatura più bassa è chiamato convezione naturale; il trasferimento di calore dalla superficie del blocco caldo al gas fluido è chiamato convezione forzata.
I vantaggi della convezione naturale sono che è molto facile da implementare, non richiede ventilatori elettrici, è a basso costo e ha un'elevata affidabilità nella dissipazione del calore. Tuttavia, a differenza della convezione forzata, per ottenere la stessa temperatura del substrato è necessario un grande dissipatore di calore.
Il design del radiatore a convezione naturale dovrebbe anche prestare attenzione a quanto segue:
In genere, per il dissipatore di calore vengono forniti solo i parametri principali del dissipatore di calore verticale. L'effettivo effetto di dissipazione del calore del dissipatore di calore orizzontale è debole. Se è richiesta l'installazione orizzontale, l'area del radiatore dovrebbe essere aumentata in modo appropriato e può essere utilizzata anche la dissipazione del calore per convezione forzata.
