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 dall'area ad alta temperatura all'area a bassa temperatura: radiazione, trasmissione e convezione.

Radiazione:

Il trasferimento di induzione elettromagnetica del calore generato tra due blocchi di temperature diverse.

Trasmissione:

Il trasferimento della generazione di calore attraverso un mezzo solido.

Convezione:

Il trasferimento di calore attraverso un mezzo 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 vengono aggiunti gli altri due metodi di dissipazione del calore, l'effetto effettivo 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, tutti e tre i metodi di trasferimento del calore vengono attentamente considerati.

modulo di alimentazione

1, sorgente di radiazione, dissipazione del calore

Quando due interfacce con temperature diverse si fronteggiano, causerà un continuo trasferimento di calore per radiazione.

L'influenza finale della radiazione sulla temperatura di alcuni blocchi è determinata da molti fattori: la differenza di temperatura di vari componenti, l'orientamento dei componenti correlati, la levigatezza della superficie dei componenti e la loro spaziatura reciproca, ecc.

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 delle radiazioni alla temperatura ed è difficile da calcolare con precisione.

Nell'applicazione specifica del modulo di controllo del convertitore di potenza di commutazione, è improbabile che si basi 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 in aggiunta al metodo di dissipazione del calore chiave 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 generale del convertitore è superiore alla temperatura ambiente naturale. Pertanto, il trasferimento di energia cinetica radiante favorisce la dissipazione del calore. Tuttavia, in alcune condizioni, la temperatura di alcune fonti di calore (schede elettroniche, resistori ad alta potenza, ecc.) intorno 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 la radiazione di calore causerà. Quando i componenti caldi sono vicini al modulo di controllo del convertitore, al fine di 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 di 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 termovettori è proporzionale alla lunghezza L tra i due e inversamente proporzionale all'area della sezione trasversale e alla velocità di trasferimento del calore tra i due. L'uso di materie prime appropriate e aree di sezione trasversale può anche ridurre efficacemente la resistenza termica dei componenti di trasferimento del calore. Quando lo spazio e il costo di installazione sono consentiti, è necessario utilizzare il radiatore con la minima 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 di dissipatori di calore sono un elemento chiave che influisce sull'efficienza, quindi è necessario prestare attenzione a molti aspetti durante la selezione. Nella maggior parte delle applicazioni, il calore generato dal modulo di potenza 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 potenza 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 grande possibile e la levigatezza della superficie dovrebbe essere compresa tra 5 mils (0,005 piedi). Per rimuovere meglio le irregolarità della superficie, è possibile riempire la superficie con colla termoconduttiva o cuscinetto di trasferimento del calore. ) Dopo aver adottato le opportune contromisure, la resistenza termica superficiale può essere ridotta al di sotto di 0,1 °C/W. Solo riducendo la resistenza termica di dissipazione del calore (RTH) o riducendo il consumo energetico (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 perdita di potenza in uscita Ploss, la resistenza termica RTH e la più alta temperatura di alimentazione del case TC. L'alimentatore switching ad alta efficienza e migliore dissipazione del calore avrà una temperatura più bassa. Quando viene emessa la potenza di uscita nominale, la loro temperatura utilizzabile sarà marginale. La temperatura di un alimentatore switching con minore efficienza o debole dissipazione del calore sarà più alta. Devono essere applicazioni raffreddate ad aria o declassate.

3, dissipazione del calore di convezione

La dissipazione del calore a convezione è il metodo di dissipazione del calore più comunemente usato per i convertitori di potenza Aipu. La convezione è generalmente divisa in convezione naturale e convezione forzata. Il trasferimento di calore dalla superficie del blocco caldo al gas statico circostante a una temperatura inferiore 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:

Generalmente, solo i parametri principali dei dissipatori di calore verticali sono dati per i dissipatori di calore. L'effettivo effetto di dissipazione del calore del dissipatore di calore orizzontale è debole. Se è necessaria l'installazione orizzontale, l'area del radiatore deve essere aumentata in modo appropriato e può essere utilizzata anche la dissipazione del calore a convezione forzata.