Рішення для охолодження пристрою живлення

Ми всі знаємо, що управління теплом є важливим аспектом керування живленням. Необхідно підтримувати компоненти та системи в межах температури. Пасивні рішення починаються з радіаторів і теплових трубок і можуть використовувати вентилятори для активного охолодження для посилення ефекту охолодження.Системне моделювання на рівні компонентів і готового продукту дозволяє розробникам зробити приблизний аналіз стратегії охолодження першого порядку. Використання обчислювальної динаміки рідини для подальшого аналізу може повністю зрозуміти загальну ситуацію з теплом і вплив змін у стратегії охолодження. Усі рішення з управління температурою передбачають компроміси щодо розміру, потужності, ефективності, ваги, надійності та вартості, а також повинні оцінювати пріоритети та обмеження проекту.

Усі рішення для управління температурою відповідають основним принципам фізики. У режимі охолодження існує три шляхи теплопровідності: випромінювання, кондукція і конвекція.

Для більшості електронних систем необхідне охолодження полягає в тому, щоб тепло вийшло з прямого джерела тепла за допомогою теплопровідності, а потім передало його в інші місця за допомогою конвекції. Завдання проектування полягає в тому, щоб об’єднати різні апаратні засоби керування температурою для ефективного досягнення необхідної провідності та конвекції. Є три найбільш часто використовувані охолоджувальні елементи: радіатор, теплова трубка і вентилятор. Радіатори та теплові трубки є пасивними системами охолодження без живлення, які також включають природну провідність і конвекцію. Навпаки, вентилятор є системою активного примусового повітряного охолодження.

Охолодження радіатора:

Радіатор — це алюмінієва або мідна конструкція, яка може отримувати тепло від джерела тепла через провідність і передавати тепло потоку повітря (у деяких випадках воді або іншим рідинам) для реалізації конвекції. Радіатори бувають тисяч розмірів і форм, від маленьких штампованих металевих ребер, що з’єднують один транзистор, до великих екструзій із багатьма ребрами, які можуть перехоплювати та передавати тепло конвективному повітряному потоку.

Однією з переваг радіатора є те, що немає рухомих частин, немає експлуатаційних витрат і немає режимів відмови. Після того, як обігрівач правильного розміру під’єднано до джерела тепла, у міру того як тепле повітря піднімається вгору, природним чином виникне конвекція, починаючи та продовжуючи формувати повітряний потік. Тому ці переваги дуже важливі при використанні радіатора для забезпечення плавного потоку повітря між входом і виходом джерела тепла. Причому вхід повинен бути нижче радіатора, а вихід - вище; В іншому випадку гаряче повітря буде застоюватися на джерелі тепла, що ще більше погіршить ситуацію.

Додавання теплових трубок:

Функція теплової труби полягає в поглинанні тепла від джерела тепла та передачі його в більш холодну зону, але сама вона не діє як радіатор. Якщо поблизу джерела тепла недостатньо місця для розміщення радіатора або недостатній потік повітря, можна використовувати теплову трубку. Теплова трубка має високу ефективність і може передавати тепло від джерела в більш зручне для управління місце.

Додавання вентилятора охолодження:

 Очевидно, вентилятори збільшать витрати, вимагатимуть місця та збільшать шум системи. Як електромеханічний пристрій, вентилятор також схильний до поломок, що споживає енергію та впливає на ефективність усієї системи. Однак у багатьох випадках, особливо коли шлях потоку повітря викривлений, вертикальний або заблокований, вони зазвичай є єдиним способом отримати достатній потік повітря. У багатьох додатках використовуються вентилятори з терморегулюванням, які працюють лише тоді, коли потрібно зменшити швидкість, тим самим зменшуючи споживання електроенергії, і використовують лопаті, які мінімізують шум за оптимальної робочої швидкості.

Моделювання та термічне моделювання:

Моделювання та симуляція необхідні для ефективної стратегії керування температурою, щоб визначити, скільки охолоджуючого повітря потрібно та як досягається охолодження. Розмір повітряного потоку через різні джерела тепла можна регулювати таким чином, щоб його температура була нижче допустимої межі. Використовуючи для базових розрахунків температуру повітря, доступний потік непримусового повітря, потік повітря вентилятора та інші фактори, ми можемо приблизно зрозуміти температурний стан.

Вносячи деякі коригування, дизайнери можуть побачити, чи потрібні більші повітряні отвори більше повітря, визначити, чи є інші шляхи потоку повітря ефективнішими, виявити відмінності у використанні більших або інших радіаторів, дослідити використання теплових трубок для переміщення гарячих точок тощо. Ці програмні пакети CFD моделювання можуть генерувати табличні дані та кольорові зображення розсіювання тепла. Зміни в розмірі вентилятора, потоці повітря та положенні також легко моделювати.

Управління живленням, а також управління температурою, особливо те, як охолодження функцій, пов’язаних з живленням, вплине на тепловий дизайн і накопичення тепла. Крім того, навіть якщо компоненти та системи продовжують працювати в межах специфікаційного діапазону, підвищення температури призведе до зміни продуктивності зі зміною параметрів компонента. Перегрів також може скоротити термін служби компонентів і, таким чином, скоротити середній час між відмовами, що також є фактором, який слід враховувати для забезпечення довгострокової надійності.