Opis trybu rozpraszania ciepła modułu mocy
Istnieją trzy metody rozpraszania ciepła dla modułów mocy: konwekcja, przewodzenie i promieniowanie. W praktycznych zastosowaniach większość z nich wykorzystuje konwekcję jako główną metodę odprowadzania ciepła. Jeśli projekt jest odpowiedni, w połączeniu z dwoma metodami rozpraszania ciepła: przewodzenia i promieniowania, efekt zostanie zmaksymalizowany. Jeśli jednak projekt jest niewłaściwy, spowoduje to negatywne skutki. Dlatego przy projektowaniu modułu mocy ważnym ogniwem stało się zaprojektowanie systemu odprowadzania ciepła.
1. Metoda chłodzenia konwekcyjnego
Rozpraszanie ciepła przez konwekcję odnosi się do przenoszenia ciepła przez płynne powietrze medium w celu uzyskania efektu rozpraszania ciepła. Jest to nasza powszechna metoda rozpraszania ciepła. Metody konwekcyjne dzielą się generalnie na dwa typy, konwekcję wymuszoną i konwekcję naturalną. Konwekcja wymuszona dotyczy przekazywania ciepła z powierzchni obiektu grzewczego do przepływającego powietrza, a konwekcja naturalna dotyczy przekazywania ciepła z powierzchni obiektu grzewczego do otaczającego powietrza o niższej temperaturze. Zalety korzystania z konwekcji naturalnej to prosta implementacja, niski koszt, brak konieczności stosowania zewnętrznego wentylatora chłodzącego oraz wysoka niezawodność. Aby konwekcja wymuszona osiągnęła temperaturę podłoża przy normalnym użytkowaniu, wymaga większego radiatora i zajmuje miejsce.
Zwróć uwagę na konstrukcję naturalnego grzejnika konwekcyjnego. Jeżeli grzejnik poziomy ma słaby efekt rozpraszania ciepła, należy odpowiednio zwiększyć powierzchnię grzejnika lub wymuszoną konwekcję, aby rozproszyć ciepło przy montażu poziomym.
2. Metoda rozpraszania ciepła przez przewodnictwo
Podczas pracy modułu mocy ciepło na podłożu musi być doprowadzone do dalszej powierzchni rozpraszania ciepła przez element przewodzący ciepło, tak aby temperatura podłoża była równa sumie temperatury rozpraszania ciepła powierzchni, wzrost temperatury elementu przewodzącego ciepło i wzrost temperatury dwóch powierzchni styku. W ten sposób energia cieplna może zostać ulotniona w efektywnej przestrzeni, aby zapewnić normalne działanie komponentów. Opór cieplny elementu termicznego jest wprost proporcjonalny do długości i odwrotnie proporcjonalny do jego pola przekroju i przewodności cieplnej. Jeżeli nie uwzględnia się przestrzeni montażowej i kosztów, należy zastosować grzejnik o najmniejszym oporze cieplnym. Ponieważ temperatura podłoża zasilacza nieco spada, średni czas między awariami ulegnie znacznej poprawie, poprawi się stabilność zasilacza, a żywotność wydłuży się.
Temperatura jest ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność zasilacza, dlatego wybierając grzejnik, należy skoncentrować się na materiałach, z których jest on wykonany. W praktycznych zastosowaniach ciepło generowane przez moduł jest przewodzone z podłoża do radiatora lub elementu przewodzącego ciepło. Jednak na powierzchni styku między podłożem zasilającym a elementem przewodzącym ciepło wystąpi różnica temperatur i tę różnicę temperatur należy kontrolować. Temperatura podłoża powinna być sumą wzrostu temperatury powierzchni styku i temperatury elementu przewodzącego ciepło. Jeśli nie jest kontrolowany, wzrost temperatury powierzchni styku będzie szczególnie znaczny. Dlatego obszar powierzchni styku powinien być jak największy, a gładkość powierzchni styku powinna mieścić się w granicach 5 milicali, to znaczy w granicach 0,005 cala.
W celu wyeliminowania nierówności powierzchni powierzchnię styku należy wypełnić klejem termoprzewodzącym lub podkładką termiczną. Po podjęciu odpowiednich działań można obniżyć opór cieplny powierzchni styku poniżej 0,1°C/W. Tylko poprzez zmniejszenie rozpraszania ciepła i oporu cieplnego lub zużycia energii można zredukować wzrost temperatury. Maksymalna moc wyjściowa zasilacza zależy od temperatury otoczenia aplikacji. Parametry, które mają na to wpływ, to generalnie: strata mocy, rezystancja termiczna i maksymalna temperatura obudowy zasilacza. Zasilacze o wysokiej sprawności i lepszym odprowadzaniu ciepła będą charakteryzowały się mniejszym przyrostem temperatury, a ich temperatura użytkowa będzie miała margines przy mocy znamionowej. Zasilacze o niższej sprawności lub słabym rozpraszaniu ciepła będą charakteryzować się wyższym wzrostem temperatury, ponieważ wymagają chłodzenia powietrzem lub muszą zostać obniżone w celu użytkowania.
3. Metoda rozpraszania ciepła promieniowania
Rozpraszanie ciepła promieniowania to sukcesywne przekazywanie ciepła przez promieniowanie, które występuje, gdy dwie powierzchnie styku o różnych temperaturach znajdują się naprzeciw siebie. Wpływ promieniowania na temperaturę pojedynczego obiektu zależy od wielu czynników, takich jak różnica temperatur różnych elementów, zewnętrze elementów, położenie elementów i odległość między nimi. W zastosowaniach praktycznych czynniki te są trudne do oszacowania, a w połączeniu z wpływem otaczającego środowiska' własnej wymiany energii promieniowania, trudno jest dokładnie obliczyć niechlujny wpływ promieniowania na temperaturę.
W zastosowaniach praktycznych nie jest możliwe, aby zasilacz wykorzystywał samo rozpraszanie ciepła promieniowania, ponieważ ta metoda ogólnie może rozpraszać tylko 10% lub mniej całkowitego ciepła. Jest zwykle używany jako środek pomocniczy głównej metody rozpraszania ciepła i generalnie nie jest uwzględniany w projektowaniu termicznym. Jego wpływ na temperaturę. W stanie roboczym zasilacza jego temperatura jest na ogół wyższa niż temperatura otoczenia zewnętrznego, a przenoszenie promieniowania pomaga w ogólnym rozpraszaniu ciepła. Jednak w szczególnych okolicznościach źródła ciepła w pobliżu zasilacza, takie jak rezystory dużej mocy, płytki urządzeń itp., promieniowanie tych obiektów spowoduje wzrost temperatury modułu zasilacza.
