Главна термичка решења за управљање напајањем
Управљање топлотом је у складу са основним принципима физике. Постоје три начина провођења топлоте: зрачење, кондукција и конвекција.
За већину електронских система, да би се постигло потребно хлађење је прво пустити топлоту да напусти извор топлоте кондукцијом, а затим је пренети на друга места конвекцијом.
Приликом извођења термичког дизајна, неопходно је комбиновати различите хардвере за управљање топлотом да би се ефикасно постигла потребна проводљивост и конвекција.
Постоје три најчешће коришћене компоненте за хлађење: хладњак, топлотне цеви и вентилатори.
Хладњак и топлотна цев су пасивни системи за хлађење без напајања, док је вентилатор активни систем за хлађење принудним ваздухом.
Радијатор је алуминијумска или бакарна конструкција која може добити топлоту из извора топлоте кроз проводљивост и пренети топлоту протоку ваздуха (у неким случајевима, води или другим течностима) како би се постигла конвекција.
Хладњаци долазе у хиљадама величина и облика, од малих утиснутих металних ребара које повезују један транзистор до великих екструзија са много ребара (прстима) које могу пресрести конвективни проток ваздуха и пренети топлоту на њега.
Радијатор има предности што нема покретних делова, оперативних трошкова, начина квара итд.
Једном када се радијатор повеже са извором топлоте, како се топли ваздух диже, конвекција ће се природно појавити, тако да почиње и наставља да формира проток ваздуха.
Иако је радијатор једноставан за употребу, постоје неки недостаци:
Радијатор који преноси велику топлоту је велик, скуп и тежак и мора бити правилно постављен, што ће утицати или ограничити физички распоред плоче;
Пераје могу бити блокиране прашином у протоку ваздуха, смањујући ефикасност;
Мора бити правилно повезан са извором топлоте како би топлота могла несметано тећи од извора топлоте до радијатора.
Топлотном цеви
То је још једна важна компонента пакета за управљање топлотом, која може пренети топлоту од тачке А до тачке Б без икаквог облика активног механизма присиљавања.
Садржи синтеровано језгро и запечаћену металну цев радног флуида. Сам по себи не делује као радијатор. Његова функција је да апсорбује топлоту из извора топлоте и пренесе је у хладније подручје.
Топлотне цеви се могу користити када нема довољно простора у близини извора топлоте за постављање радијатора или је проток ваздуха недовољан. Топлотна цев има високу радну ефикасност и може пренети топлоту са извора на место које је погодније за управљање.
Његов принцип рада је једноставан и генијалан:
Извор топлоте претвара радни флуид у пару у запечаћеној цеви, а пара преноси топлоту на хладнији крај топлотне цеви. На овом крају, пара се кондензује у течност и ослобађа топлоту, док се течност враћа на топлији крај.
Овај процес трансформације гас-течност тече непрекидно и покреће га само температурна разлика између хладног и топлог краја. Повезивање радијатора или другог расхладног уређаја на хладном крају може решити проблем одвођења топлоте локалних врућих тачака где је проток ваздуха блокиран.
Лепеза
То је први корак ка активном хладњаку са принудним хлађењем ваздуха, осим пасивних радијатора и топлотних цеви, али вентилатори имају и недостатке:
висока цена, потребан простор, повећање буке система;
Склон кваровима, троше енергију и утичу на ефикасност целог система
Али у многим случајевима, посебно када је путања протока ваздуха закривљена, вертикална или није глатка, они су обично једини начин да се добије довољан проток ваздуха.
Кључни параметар који дефинише капацитет вентилатора је јединична дужина или јединични запремински проток ваздуха у минути.
Међутим, физичка величина је проблем: велики вентилатор са малом брзином ротације може произвести исти проток ваздуха као мали вентилатор са великом брзином ротације, тако да постоји компромис између величине и брзине.
Моделирање и свеобухватна симулација
Одвојени пасивни системи су веће величине, али су поузданији и ефикаснији, а вентилатори могу играти улогу у ситуацијама када се пасивно хлађење не може користити самостално.
Који систем одабрати за хлађење је често тешка одлука.
У овом тренутку, потребно је одредити колико је ваздуха за хлађење потребно и како постићи хлађење кроз моделовање и симулацију, што је од суштинског значаја за ефикасне стратегије управљања топлотом.
За минијатурни модел, извор топлоте и његов пут топлотног тока карактерише њихова топлотна отпорност, а топлотна отпорност је одређена коришћеним материјалом, квалитетом и величином.
Моделирање показује како топлота тече из извора топлоте и такође је први корак у процени компоненти које изазивају топлотне несреће услед сопственог одвођења топлоте.
На пример, добављачи уређаја као што су ИЦ-ови са високим расипањем топлоте, МОСФЕТ-ови и ИГБТ обично обезбеђују термалне моделе који могу да обезбеде детаље о термичком путу од извора топлоте до површине уређаја.
Када је топлотно оптерећење сваке компоненте познато, следећи корак је моделирање на макро нивоу, који је и једноставан и сложен:
Подесите величину протока ваздуха кроз различите изворе топлоте како бисте одржали његову температуру испод дозвољене границе; користите температуру ваздуха, нефорсирани проток ваздуха доступан проток, проток ваздуха вентилатора и друге факторе да извршите основне прорачуне да бисте грубо разумели температурну ситуацију.
Следећи корак је коришћење модела и локације сваког извора топлоте, ПЦ плоче, површине шкољке и других фактора за сложеније моделирање целог производа и његовог паковања.
Коначно, моделирање мора да реши два проблема:
Проблем вршне и просечне дисипације. На пример, компонента у стабилном стању са континуираном топлотном дисипацијом од 1В и уређај са топлотном дисипацијом од 10В али са 10% повременим радним циклусом имају различите топлотне ефекте.
То значи да је просечна дисипација топлоте иста, а повезана топлотна маса и топлотни ток ће произвести различите дистрибуције топлоте. Већина ЦФД апликација може комбиновати статичку и динамичку анализу.
Несавршеност физичке везе између површине компоненте и минијатурног модела, као што је физичка веза између врха ИЦ пакета и хладњака.
Ако веза има малу удаљеност, топлотни отпор ове стазе ће се повећати и потребно је попунити контактну површину термичком подлогом да би се побољшала топлотна проводљивост пута.
Управљање топлотом може смањити температуру компоненти у напајању и унутрашњем окружењу, што може продужити животни век производа и побољшати поузданост.
Али управљање топлотом је интегрисан концепт, ако се разложи до ситница, то је огромна тема.
То укључује компромисе величине, снаге, ефикасности, тежине, поузданости и цене. Морају се проценити приоритети и ограничења пројекта.
