Серия Технологии за управление на топлината: Управление на охлаждането на мощността

Когато електроинженерите споменават термина&"управление на захранването &", повечето хора мислят за MOS тръби, преобразуватели, трансформатори и т.н.

Всъщност управлението на захранването е много повече от това.

Захранването ще генерира топлина, когато работи, а непрекъснатото повишаване на температурата ще доведе до промени в производителността, което в крайна сметка може да доведе до повреди в системата.

Освен това топлината ще съкрати живота на компонентите и ще повлияе на дългосрочната надеждност.

Следователно управлението на захранването включва и управление на топлината. По отношение на термичното управление има две гледни точки, които трябва да бъдат разбрани:

& quot;Микро"|проблем

Един компонент е прегрял поради прекомерно генериране на топлина, но температурата на останалата част от системата и корпуса е в границите.

& quot;Макро"|проблем

Температурата на цялата система е твърде висока поради натрупването на топлина от множество източници на топлина.

Инженерът трябва да определи колко от проблемите с управлението на топлината са микро и макро и степента на корелация между двете.

Простото разбиране е, че дори ако повишаването на температурата на компонент, генериращ топлина, надвиши допустимата граница и причини загряване на цялата система, това не означава непременно, че цялата система е прегрята, но излишната топлина, генерирана от компонента, трябва да се разсее.

И така, къде отива топлината?

Разпръснато на по-студено място, може да бъде съседната част на системата и шасито, или може да е извън шасито (възможно е само когато външната температура е по-ниска от вътрешната).

Термичното управление следва основните принципи на физиката. Има три начина на топлопроводимост: излъчване, проводимост и конвекция.

За повечето електронни системи, за да се постигне необходимото охлаждане е първо да се остави топлината да напусне източника на топлина чрез проводимост и след това да се прехвърли на други места чрез конвекция.

При извършване на термично проектиране е необходимо да се комбинират различни хардуерни средства за управление на топлината, за да се постигне ефективно необходимата проводимост и конвекция.

Има три най-често използвани охладителни компонента: радиатори, топлинни тръби и вентилатори.

Радиаторът и топлинната тръба са пасивни охладителни системи без захранване, докато вентилаторът е активна система за принудително въздушно охлаждане.

Радиаторът е алуминиева или медна конструкция, която може да получава топлина от източник на топлина чрез проводимост и да прехвърля топлината към въздушния поток (в някои случаи към вода или други течности), за да постигне конвекция.

Радиаторите се предлагат в хиляди размери и форми, от малки щамповани метални ребра, които свързват един транзистор, до големи екструзии с много ребра (пръсти), които могат да прихващат конвективния въздушен поток и да предават топлина към него.

Радиаторът има предимствата, че няма движещи се части, експлоатационни разходи, режими на отказ и т.н.

След като радиаторът е свързан към източника на топлина, тъй като топлият въздух се издига, естествено ще настъпи конвекция, като по този начин започва и продължава да образува въздушен поток.

Въпреки че радиаторът е лесен за използване, има някои недостатъци: 1. Радиаторът, който предава голяма топлина, е голям, скъп и тежък и трябва да бъде поставен правилно, което ще повлияе или ограничи физическото оформление на платката;

2. Перките могат да бъдат блокирани от прах във въздушния поток, което намалява ефективността;

3. Той трябва да бъде правилно свързан към източника на топлина, така че топлината да може да тече плавно от източника на топлина към радиатора.

И накрая, моделирането трябва да реши два проблема:

1. Проблемът за пиковото и средното разсейване. Например, компонент в стационарно състояние с непрекъснато топлинно разсейване от 1 W и устройство с топлинно разсейване от 10 W, но с 10% периодичен работен цикъл имат различни топлинни ефекти.

Това означава, че средното разсейване на топлината е същото и свързаната топлинна маса и топлинният поток ще произведат различно разпределение на топлината. Повечето CFD приложения могат да комбинират статичен и динамичен анализ.

2. Несъвършената физическа връзка между компонентите и повърхността на миниатюрния модел, като физическата връзка между горната част на IC пакета и радиатора.

Ако връзката има малко разстояние, топлинното съпротивление на този път ще се увеличи и е необходимо контактната повърхност да се запълни с термична подложка, за да се подобри топлопроводимостта на пътя.

Термичното управление може да намали температурата на компонентите в захранването и вътрешната среда, което може да удължи живота на продукта и да подобри надеждността.

Но управлението на топлината е интегрирана концепция, ако се разбие до най-малките, това е огромна тема.

Той включва компромиси от размер, мощност, ефективност, тегло, надеждност и цена. Приоритетът и ограниченията на проекта трябва да бъдат оценени.