Rješenje za hlađenje uređaja za napajanje

Svi znamo da je upravljanje toplotom važan aspekt upravljanja energijom. Potrebno je da komponente i sisteme održava unutar temperaturnih granica. Pasivna rješenja počinju od hladnjaka i toplotnih cijevi, a mogu koristiti ventilatore za aktivno hlađenje kako bi poboljšali učinak hlađenja.Modeliranje sistema nivoa komponenti i nivoa gotovog proizvoda omogućava dizajnerima da naprave približnu analizu strategije hlađenja prvog reda. Korišćenjem računarske dinamike fluida za dalju analizu može se u potpunosti razumeti ukupna toplotna situacija i uticaj promena u strategiji hlađenja. Sva rješenja za upravljanje toplinom uključuju kompromise u pogledu veličine, snage, efikasnosti, težine, pouzdanosti i cijene, te moraju procijeniti prioritete i ograničenja projekta.

Sva rješenja za upravljanje toplinom slijede osnovne principe fizike. U režimu hlađenja postoje tri načina provođenja toplote: zračenje, vođenje i konvekcija.

Za većinu elektronskih sistema, hlađenje koje je potrebno za postizanje je puštanje toplote da napusti direktni izvor toplote kondukcijom, a zatim je preneti na druga mesta konvekcijom. Izazov dizajna je kombinirati različit hardver za upravljanje toplinom kako bi se efektivno postigla potrebna provodljivost i konvekcija. Tri su najčešće korišćena rashladna elementa: radijator, toplotna cijev i ventilator. Radijatori i toplotne cijevi su pasivni sistemi hlađenja bez napajanja, što također uključuje metode prirodnog provođenja i konvekcije. Nasuprot tome, ventilator je aktivni sistem za prisilno hlađenje vazduha.

Hlađenje hladnjaka:

Hladnjak je aluminijska ili bakrena struktura, koja može dobiti toplinu iz izvora topline kroz vođenje i prenijeti toplinu na protok zraka (u nekim slučajevima, na vodu ili druge tekućine) kako bi se ostvarila konvekcija. Radijatori dolaze u hiljadama veličina i oblika, od malih utisnutih metalnih rebara koji povezuju jedan tranzistor do velikih ekstruzija s mnogo rebara koje mogu presresti i prenijeti toplinu na konvektivni tok zraka.

Jedna od prednosti hladnjaka je to što nema pokretnih dijelova, nema operativnih troškova i nema načina kvara. Jednom kada je hladnjak odgovarajuće veličine spojen na izvor topline, kako se topli zrak diže, konvekcija će se prirodno pojaviti, počevši i nastaviti stvarati protok zraka. Zbog toga su ove prednosti veoma važne kada se koristi hladnjak kako bi se obezbedio nesmetan protok vazduha između ulaza i izlaza izvora toplote. Štaviše, ulaz mora biti ispod radijatora, a izlaz mora biti iznad; U suprotnom, vrući zrak će stagnirati na izvoru topline, što će dodatno pogoršati situaciju.

Dodavanje toplotnih cijevi:

Funkcija toplotne cijevi je da apsorbira toplinu iz izvora topline i prenese je u hladnije područje, ali sama ne djeluje kao radijator. Kada u blizini izvora toplote nema dovoljno prostora za postavljanje radijatora ili je protok vazduha nedovoljan, može se koristiti toplotna cev. Toplotna cijev ima visoku efikasnost i može prenijeti toplinu od izvora do mjesta pogodnijeg za upravljanje.

Dodavanje ventilatora za hlađenje:

 Očigledno je da će ventilatori povećati troškove, zahtijevati prostor i povećati buku sistema. Kao elektromehanički uređaj, ventilator je takođe sklon kvaru, što troši energiju i utiče na efikasnost čitavog sistema. Međutim, u mnogim slučajevima, posebno kada je put protoka zraka zakrivljen, okomit ili blokiran, oni su obično jedini način da se postigne dovoljan protok zraka. Mnoge aplikacije koriste termički kontrolisane ventilatore koji rade samo kada je to potrebno za smanjenje brzine, čime se smanjuje potrošnja energije i koriste lopatice koje smanjuju buku pri optimalnoj radnoj brzini.

Modeliranje i termalna simulacija:

Modeliranje i simulacija su od suštinskog značaja za efikasnu strategiju upravljanja toplotom kako bi se odredilo koliko je vazduha za hlađenje potrebno i kako se hlađenje postiže. Protok zraka kroz različite izvore topline može se podesiti tako da njegova temperatura bude ispod dozvoljene granice. Koristeći temperaturu zraka, raspoloživi protok neforsiranog zraka, protok zraka ventilatorom i druge faktore za osnovni proračun, možemo grubo razumjeti temperaturni uvjet.

Uvođenjem nekih prilagodbi, dizajneri mogu vidjeti da li veći otvori za zrak zahtijevaju više zraka, odrediti da li su drugi putevi protoka zraka efikasniji, identificirati razlike u korištenju većih ili različitih radijatora, istražiti upotrebu toplotnih cijevi za pomicanje vrućih tačaka, itd. Ovi softverski paketi za CFD modeliranje mogu generirati tabelarne podatke i slike u boji odvođenja topline. Promjene u veličini ventilatora, protoku zraka i položaju također je lako modelirati.

Upravljanje napajanjem također i upravljanje toplinom, posebno kako će hlađenje funkcija povezanih s napajanjem utjecati na termalni dizajn i akumulaciju topline. Osim toga, čak i ako komponente i sistemi nastave da rade u okviru specifikacije, povećanje temperature će uzrokovati promjene performansi s promjenom parametara komponenti. Pregrijavanje također može skratiti vijek trajanja komponenti i time skratiti srednje vrijeme između kvarova, što je također faktor koji treba uzeti u obzir da bi se osigurala dugoročna pouzdanost.