Серія Thermal Management Technology: Power Cooling Management
Коли інженери-електрики згадують термін"управління живленням", більшість людей думають про МОП-трубки, перетворювачі, трансформатори тощо.
Насправді управління живленням — це набагато більше, ніж це.
Під час роботи джерело живлення буде генерувати тепло, а безперервне підвищення температури призведе до зміни продуктивності, що в кінцевому підсумку може призвести до збоїв системи.
Крім того, тепло скорочує термін служби компонентів і вплине на довгострокову надійність.
Таким чином, керування живленням також включає в себе управління теплом. Щодо термічного управління, необхідно зрозуміти дві точки зору:
& quot;Мікро"|Проблема
Один компонент перегрівся через надмірне виділення тепла, але температура решти системи та корпусу в межах межі.
& quot;Макро"|Проблема
Температура всієї системи занадто висока через накопичення тепла від кількох джерел тепла.
Інженеру необхідно визначити, скільки проблем керування теплом є мікро та макро, а також ступінь кореляції між ними.
Просте розуміння полягає в тому, що навіть якщо підвищення температури теплогенеруючого компонента перевищує допустиму межу і спричиняє нагрівання всієї системи, це не обов’язково означає, що вся система перегріта, але надлишок тепла, вироблений компонентом, повинен бути розсіяним.
Тож куди подіється тепло?
Розкиданий у більш холодне місце, це може бути суміжна частина системи та шасі, або вона може бути за межами шасі (можливо лише тоді, коли зовнішня температура нижча за внутрішню).
Управління теплом дотримується основних принципів фізики. Розрізняють три способи теплопровідності: випромінювання, провідність і конвекція.
Для більшості електронних систем для досягнення необхідного охолодження необхідно спочатку випустити тепло з джерела тепла шляхом провідності, а потім передати його в інші місця за допомогою конвекції.
При виконанні теплового проектування необхідно поєднувати різні апаратні засоби управління тепловим режимом, щоб ефективно досягти необхідної провідності та конвекції.
Є три найбільш часто використовувані компоненти охолодження: радіатори, теплові трубки та вентилятори.
Радіатор і теплові труби є пасивними системами охолодження без джерела живлення, тоді як вентилятор є системою активного примусового повітряного охолодження.
Радіатор являє собою алюмінієву або мідну конструкцію, яка може отримувати тепло від джерела тепла за допомогою провідності і передавати тепло потоку повітря (у деяких випадках воді або іншим рідинам) для досягнення конвекції.
Теплоотводи бувають тисяч розмірів і форм, від невеликих штампованих металевих ребер, які з’єднують один транзистор, до великих видавлень з багатьма ребрами (пальцями), які можуть перехоплювати конвективний потік повітря і передавати йому тепло.
Радіатор має переваги: відсутність рухомих частин, експлуатаційні витрати, режими відмови тощо.
Після підключення радіатора до джерела тепла, коли тепле повітря піднімається вгору, природним чином виникне конвекція, що почне і продовжує утворювати повітряний потік.
Хоча радіатор простий у використанні, є деякі недоліки: 1. Радіатор, який пропускає велику кількість тепла, великий, дорогий і важкий, і його потрібно правильно розташувати, що вплине або обмежить фізичну компоновку друкованої плати;
2. Ребра можуть бути заблоковані пилом у повітряному потоці, що знижує ефективність;
3. Він повинен бути правильно підключений до джерела тепла, щоб тепло могло плавно надходити від джерела тепла до радіатора.
Нарешті, моделювання має вирішити дві проблеми:
1. Проблема пікової та середньої диссипації. Наприклад, стаціонарний компонент з безперервною тепловіддачею 1 Вт і пристрій з тепловим розсіюванням 10 Вт, але з переривчастим робочим циклом 10% мають різні теплові ефекти.
Тобто середня тепловіддача однакова, а пов’язана теплова маса та тепловий потік вироблятимуть різний розподіл тепла. Більшість програм CFD можуть поєднувати статичний та динамічний аналіз.
2. Недосконалий фізичний зв'язок між компонентами та поверхнею мініатюрної моделі, наприклад фізичний зв'язок між верхньою частиною корпусу ІС та радіатором.
Якщо з’єднання має невелику відстань, тепловий опір цього шляху буде зростати, і необхідно заповнити контактну поверхню термопрокладкою для підвищення теплопровідності тракту.
Управління температурою може знизити температуру компонентів у джерелі живлення та внутрішньому середовищі, що може продовжити термін служби виробу та підвищити надійність.
Але термоменеджмент — це інтегрована концепція, якщо розбити до дрібниць, це величезна тема.
Це передбачає компроміси розміру, потужності, ефективності, ваги, надійності та вартості. Необхідно оцінити пріоритетність та обмеження проекту.
