Топлинно охлаждане на захранващите устройства
Всички знаем, че управлението на топлината е важен аспект от управлението на захранването. Той трябва да поддържа компонентите и системите в температурни граници. Пасивните решения започват с радиатори и топлинни тръби и могат да използват вентилатори за активно охлаждане, за да подобрят охлаждащия ефект.
Моделирането на системата на ниво компонент и готов продукт позволява на дизайнерите да направят приблизителен анализ от първи ред на стратегията за охлаждане. Използването на изчислителна динамика на флуидите за по-нататъшен анализ може напълно да разбере цялостната топлинна ситуация и въздействието на промените в стратегията за охлаждане. Всички решения за управление на топлината включват компромиси по отношение на размер, мощност, ефективност, тегло, надеждност и цена и трябва да оценят приоритетите и ограниченията на проекта.
Всички решения за управление на топлината следват основните принципи на физиката. В режим на охлаждане има три начина на топлопроводимост: излъчване, проводимост и конвекция
За повечето електронни системи необходимото охлаждане е да се остави топлината да напусне директния източник на топлина чрез проводимост и след това да се прехвърли на други места чрез конвекция. Предизвикателството при проектирането е да се комбинира различен хардуер за управление на топлината, за да се постигне ефективно необходимата проводимост и конвекция. Има три най-често използвани охладителни елемента: радиатор, топлинна тръба и вентилатор. Радиаторите и топлинните тръби са пасивни охладителни системи без захранване, което включва и естествено индуцирани методи на проводимост и конвекция. За разлика от тях, вентилаторът е активна система за принудително въздушно охлаждане.
Охлаждане на радиатора:
Радиаторът е алуминиева или медна конструкция, която може да получава топлина от източника на топлина чрез проводимост и да прехвърля топлината към въздушния поток (в някои случаи към вода или други течности), за да реализира конвекция. Радиаторите се предлагат в хиляди размери и форми, от малки щамповани метални ребра, свързващи един транзистор, до големи екструзии с много ребра, които могат да прихващат и предават топлината на конвективния въздушен поток.
Едно от предимствата на радиатора е, че няма движещи се части, няма експлоатационни разходи и няма режими на отказ. След като охладителят с подходящ размер е свързан към източника на топлина, тъй като топлият въздух се издига, естествено ще настъпи конвекция, започвайки и продължавайки да образува въздушен поток. Ето защо тези предимства са много важни при използване на радиатор за осигуряване на плавен въздушен поток между входа и изхода на източника на топлина. Освен това входът трябва да е под радиатора, а изходът трябва да е отгоре; В противен случай горещият въздух ще застои върху източника на топлина, което допълнително ще влоши ситуацията.
Добавяне на топлинни тръби:
Функцията на топлинната тръба е да абсорбира топлината от източника на топлина и да я прехвърля към по-студената зона, но самата тя не действа като радиатор. Когато в близост до източника на топлина няма достатъчно място за поставяне на радиатора или въздушният поток е недостатъчен, може да се използва топлинната тръба. Топлинната тръба има висока ефективност и може да пренася топлина от източника на място, по-удобно за управление.
Добавяне на вентилатор за охлаждане:
Очевидно вентилаторите ще увеличат разходите, ще изискват място и ще увеличат шума в системата. Като електромеханично устройство вентилаторът също е склонен към повреда, което изразходва енергия и се отразява на ефективността на цялата система. Въпреки това, в много случаи, особено когато пътят на въздушния поток е извит, вертикален или блокиран, те обикновено са единственият начин да се получи достатъчен въздушен поток. Много приложения използват термично контролирани вентилатори, които работят само когато е необходимо за намаляване на скоростта, като по този начин намаляват консумацията на енергия и използват остриета, които минимизират шума при оптимална работна скорост.
Моделиране и термична симулация:
Моделирането и симулацията са от съществено значение за ефективна стратегия за управление на топлината, за да се определи колко охлаждащ въздух е необходим и как се постига охлаждане. Въздушният поток през различни източници на топлина може да бъде оразмерен така, че да поддържа температурата му под допустимата граница. Използвайки температурата на въздуха, наличния поток от непринудителен въздушен поток, въздушния поток на вентилатора и други фактори за основно изчисление, можем грубо да разберем температурното състояние.
Като направят някои корекции, дизайнерите могат да видят дали по-големите въздушни отвори изискват повече въздух, да определят дали други пътища на въздушния поток са по-ефективни, да идентифицират разликите в използването на по-големи или различни радиатори, да проучат използването на топлинни тръби за преместване на горещи точки и т.н. Тези софтуерни пакети за моделиране на CFD могат да генерират таблични данни и цветни изображения на разсейването на топлината. Промените в размера на вентилатора, въздушния поток и позицията също са лесни за моделиране.
Управлението на мощността също така управлението на топлината, особено как охлаждането на функциите, свързани с захранването, ще повлияе на топлинния дизайн и акумулирането на топлина. Освен това, дори ако компонентите и системите продължат да работят в рамките на спецификациите, повишаването на температурата ще доведе до промени в производителността с промяната на параметрите на компонента. Прегряването може също да съкрати живота на компонентите и по този начин да съкрати средното време между повредите, което също е фактор, който трябва да се вземе предвид за гарантиране на дългосрочна надеждност.
