Seria technologii zarządzania temperaturą: Zarządzanie zasilaniem i chłodzeniem

Kiedy inżynierowie elektrycy wspominają termin&„zarządzanie energią &”, większość ludzi myśli o lampach MOS, przetwornikach, transformatorach itp.

W rzeczywistości zarządzanie energią to znacznie więcej.

Zasilacz będzie generował ciepło podczas pracy, a ciągły wzrost temperatury spowoduje zmiany wydajności, co może ostatecznie doprowadzić do awarii systemu.

Ponadto ciepło skróci żywotność komponentów i wpłynie na długoterminową niezawodność.

Dlatego zarządzanie energią obejmuje również zarządzanie temperaturą. Jeśli chodzi o gospodarkę cieplną, należy zrozumieć dwa punkty widzenia:

& quot;Mikro"|Problem

Pojedynczy element uległ przegrzaniu z powodu nadmiernego wytwarzania ciepła, ale temperatura reszty systemu i obudowy mieści się w dopuszczalnym zakresie.

& quot;Makro"|Problem

Temperatura całego systemu jest zbyt wysoka z powodu akumulacji ciepła z wielu źródeł ciepła.

Inżynier musi określić, ile problemów związanych z zarządzaniem temperaturą ma charakter mikro i makro oraz stopień korelacji między nimi.

W prosty sposób można zrozumieć, że nawet jeśli wzrost temperatury elementu generującego ciepło przekracza jego dopuszczalną granicę i powoduje nagrzewanie całego systemu, niekoniecznie oznacza to, że cały system jest przegrzany, ale nadmiar ciepła wytwarzany przez element musi być rozproszone.

Więc gdzie idzie ciepło?

Rozproszony w chłodniejsze miejsce może być sąsiadującą częścią systemu i obudową lub może znajdować się na zewnątrz obudowy (możliwe tylko wtedy, gdy temperatura zewnętrzna jest niższa niż temperatura wewnętrzna).

Zarządzanie termiczne jest zgodne z podstawowymi zasadami fizyki. Istnieją trzy sposoby przewodzenia ciepła: promieniowanie, przewodzenie i konwekcja.

W przypadku większości układów elektronicznych, osiągnięcie wymaganego chłodzenia polega najpierw na opuszczeniu źródła ciepła przez przewodzenie, a następnie przeniesieniu go w inne miejsca na drodze konwekcji.

Podczas projektowania termicznego konieczne jest połączenie różnych urządzeń do zarządzania ciepłem, aby skutecznie osiągnąć wymagane przewodnictwo i konwekcję.

Istnieją trzy najczęściej używane elementy chłodzące: chłodnice, ciepłowody i wentylatory.

Grzejnik i rura cieplna to pasywne systemy chłodzenia bez zasilania, natomiast wentylator jest aktywnym systemem wymuszonego chłodzenia powietrzem.

Grzejnik to konstrukcja aluminiowa lub miedziana, która może pozyskiwać ciepło ze źródła ciepła poprzez przewodzenie i przekazywać ciepło do przepływu powietrza (w niektórych przypadkach do wody lub innych cieczy) w celu uzyskania konwekcji.

Radiatory występują w tysiącach rozmiarów i kształtów, od małych wytłoczonych metalowych żeber łączących pojedynczy tranzystor po duże wytłoczki z wieloma żeberkami (palcami), które mogą przechwytywać konwekcyjny przepływ powietrza i przenosić do niego ciepło.

Grzejnik ma zalety w postaci braku ruchomych części, kosztów eksploatacji, trybów awaryjnych itp.

Po podłączeniu grzejnika do źródła ciepła, w miarę unoszenia się ciepłego powietrza, naturalnie wystąpi konwekcja, która rozpocznie się i będzie kontynuować tworzenie przepływu powietrza.

Chociaż grzejnik jest łatwy w użyciu, ma pewne wady: 1. Grzejnik przenoszący duże ilości ciepła jest duży, kosztowny i ciężki i musi być prawidłowo umieszczony, co wpłynie lub ograniczy fizyczny układ płytki drukowanej;

2. Żebra mogą być zablokowane przez kurz w przepływie powietrza, zmniejszając wydajność;

3. Musi być prawidłowo podłączony do źródła ciepła, aby ciepło mogło płynnie przepływać ze źródła ciepła do grzejnika.

Wreszcie modelowanie musi rozwiązać dwa problemy:

1. Problem rozpraszania szczytowego i średniego. Na przykład, element w stanie ustalonym z ciągłym rozpraszaniem ciepła 1 W i urządzenie z rozpraszaniem ciepła 10 W, ale z 10% przerywanym cyklem pracy, mają różne efekty cieplne.

Oznacza to, że średnie rozpraszanie ciepła jest takie samo, a związana z nim masa ciepła i przepływ ciepła spowodują różne rozkłady ciepła. Większość aplikacji CFD może łączyć analizę statyczną i dynamiczną.

2. Niedoskonałe fizyczne połączenie między komponentami a powierzchnią miniaturowego modelu, takie jak fizyczne połączenie między górną częścią pakietu IC a radiatorem.

Jeśli połączenie ma niewielką odległość, opór cieplny tej ścieżki wzrośnie i konieczne jest wypełnienie powierzchni styku podkładką termiczną w celu zwiększenia przewodności cieplnej ścieżki.

Zarządzanie termiczne może obniżyć temperaturę komponentów zasilacza i środowiska wewnętrznego, co może przedłużyć żywotność produktu i poprawić niezawodność.

Ale zarządzanie temperaturą jest koncepcją zintegrowaną, a w najdrobniejszych szczegółach stanowi ogromny temat.

Wiąże się to z kompromisami między rozmiarem, mocą, wydajnością, wagą, niezawodnością i kosztem. Należy ocenić priorytet i ograniczenia projektu.