Projekt termiczny zasilacza SBC
Komputer jednopłytkowy (SBC) stanowi łatwe, zintegrowane rozwiązanie wielu problemów związanych ze sterowaniem. Popularność tego pomysłu doprowadziła do gwałtownego wzrostu liczby produktów SBC na rynku, które spełniają szeroki zakres wymagań wydajnościowych i kosztowych, od stosunkowo prostych rozwiązań opartych na mikrokontrolerach po złożone, ale kompaktowe, wysokowydajne procesory i programowalną bramkę hybrydową tablice. Ogólnie rzecz biorąc, potrzeba upakowania dużej mocy obliczeniowej na małej przestrzeni stanowi wyzwanie przy projektowaniu obudowy i obudowy oraz ma efekt łańcuchowy na podsystem zasilania.
Ciepło ma bezpośredni wpływ na działanie układów elektronicznych. Obwody elektroniczne, zwłaszcza te używane do przetwarzania i przesyłania mocy, zwykle działają wydajniej w niższych temperaturach, a co za tym idzie, mają tendencję do rozpraszania mniejszej ilości energii w postaci ciepła odpadowego. Wraz ze wzrostem mocy wyjściowej całego systemu znacznie wzrasta przyrost wydajności, który można uzyskać dzięki efektywnemu chłodzeniu.
Chłodniejsza praca będzie miała również reakcję łańcuchową na niezawodność. Jeśli system będzie pracował w niższej temperaturze, prawdopodobieństwo ich awarii w określonym czasie będzie mniejsze. Czynniki te sprawiają, że ważne jest rozważenie wszystkich możliwości podczas analizowania opcji projektowych zasilaczy, takich jak chłodzenie i krzywe obciążenia w funkcji wydajności. Istnieją trzy główne sposoby odprowadzania ciepła dla urządzeń elektronicznych, takich jak zasilanie: promieniowanie, konwekcja i przewodzenie. W przypadku układów elektronicznych stosowanych w większości środowisk najważniejsze są konwekcja i przewodzenie.
Poprzez konwekcję, gdy energia jest przekazywana z stałych elementów systemu do cząsteczek powietrza, ciepło będzie przekazywane z zasilacza. Szybkość utraty ciepła jest proporcjonalna do prędkości powietrza przepływającego przez system. Dlatego wymuszone chłodzenie powietrzem zapewni większy stopień chłodzenia niż naturalny ruch generowany przez zespół termiczny przenoszący energię do cząsteczek powietrza.
Przewodzenie przez podłoże PCB lub obudowę systemu zapewnia kolejny sposób odprowadzania ciepła z zasilacza, chociaż tradycyjnie uważa się, że jest mniej ważny niż konwekcja. Ponadto w systemie opartym na SBC ważne jest również, aby ciepło zasilacza nie było przekazywane do zespołu procesora, ponieważ zwiększy to prawdopodobieństwo, że urządzenie przejdzie w stan wyłączenia termicznego, aby chronić się w warunkach dużego obciążenia.
Ogólnie rzecz biorąc, wysoka zawartość miedzi na płytce drukowanej i metal w obudowie pomagają zapewnić dobrą ścieżkę przepływu ciepła z zasilacza poprzez przewodzenie. Grzejniki zainstalowane poza obudową pomogą przenosić ciepło z systemu do miejsc, w których może ono zostać utracone na drodze konwekcji. Zaleca się wypełnienie wszelkich szczelin między chłodzonym sprzętem klejem przewodzącym ciepło, aby zmaksymalizować przenoszenie ciepła z urządzenia do chłodnicy. Śruby lub zaciski zwiększają docisk, co również poprawia przenoszenie ciepła do radiatora.
Kierunek zasilania w systemie będzie miał również wpływ na wydajność chłodzenia, w zależności od rozmieszczenia elementów wewnętrznych. Ponieważ gorące powietrze ma tendencję do wznoszenia się, zasilacz zainstalowany pod SBC ma tendencję do przekazywania ciepła do komponentów kompleksu procesora. Jeśli płyta jest zainstalowana pionowo, a zasilacz znajduje się z boku, wpływ gorącego powietrza będzie mniejszy. Jednak elementy wrażliwe na ciepło można lepiej umieścić na spodzie urządzenia.
Gdy radiatory są używane wewnętrznie, żeberka największego radiatora powinny być równoległe do kierunku przepływu powietrza. Oczywiście przepływ powietrza będzie ograniczony przez przeszkody, co należy wziąć pod uwagę. Sposób, w jaki powietrze opuszcza system, pomoże określić wydajność przepływu powietrza. W celu zapobieżenia spiętrzenia ciśnienia i zmniejszenia wydajności wentylatora, przekrój wylotu powietrza powinien być co najmniej o 50% większy niż przekrój wlotu.
Biorąc pod uwagę te czynniki, biorąc pod uwagę parametry termiczne zaprojektowane dla całego systemu, projektanci mogą nie tylko w pełni wykorzystać dostępność wysokowydajnego SBC, ale także w pełni wykorzystać gotowe przetwornice mocy.
