Thermal Management Technology serija: Power Cooling Management

Kada elektroinženjeri spomenu pojam"upravljanje napajanjem ", većina ljudi pomisli na MOS cijevi, pretvarače, transformatore itd.

U stvari, upravljanje napajanjem je mnogo više od toga.

Napajanje će proizvoditi toplinu dok radi, a kontinuirani porast temperature će uzrokovati promjene u performansama, što na kraju može dovesti do kvarova sistema.

Osim toga, toplina će skratiti vijek trajanja komponenti i utjecati na dugoročnu pouzdanost.

Stoga, upravljanje napajanjem također uključuje upravljanje toplinom. Što se tiče upravljanja toplinom, postoje dvije tačke gledišta koje treba razumjeti:

& quot;Mikro"|Problem

Jedna komponenta se pregrijala zbog prekomjernog stvaranja topline, ali je temperatura ostatka sistema i kućišta unutar granica.

& quot;Makro"|Problem

Temperatura cijelog sistema je previsoka zbog akumulacije topline iz više izvora topline.

Inženjer treba da odredi koliko je problema u upravljanju toplotom mikro i makro, i stepen korelacije između njih.

Jednostavno razumijevanje je da čak i ako porast temperature komponente koja stvara toplinu premašuje dozvoljenu granicu i uzrokuje zagrijavanje cijelog sistema, to ne znači nužno da je cijeli sistem pregrijan, ali višak topline proizveden od komponente mora biti raspršen.

Pa gdje ide vrućina?

Raštrkano na hladnije mjesto, može biti susjedni dio sistema i šasije, ili može biti izvan šasije (moguće samo kada je vanjska temperatura niža od unutrašnje temperature).

Upravljanje toplinom slijedi osnovne principe fizike. Postoje tri načina provođenja toplote: zračenje, kondukcija i konvekcija.

Za većinu elektronskih sistema, da bi se postiglo potrebno hlađenje je prvo pustiti toplotu da napusti izvor toplote kondukcijom, a zatim je preneti na druga mesta konvekcijom.

Prilikom izvođenja termičkog dizajna, potrebno je kombinovati različit hardver za upravljanje toplinom kako bi se efektivno postigla potrebna provodljivost i konvekcija.

Postoje tri najčešće korišćene komponente za hlađenje: radijatori, toplotne cevi i ventilatori.

Radijator i toplotna cijev su pasivni sistemi hlađenja bez napajanja, dok je ventilator aktivni sistem prisilnog hlađenja zraka.

Radijator je aluminijska ili bakrena konstrukcija 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 postigla konvekcija.

Hladnjaci dolaze u hiljadama veličina i oblika, od malih utisnutih metalnih rebara koje povezuju jedan tranzistor do velikih ekstruzija s mnogo rebara (prstima) koje mogu presresti konvektivni protok zraka i prenijeti toplinu na njega.

Radijator ima prednosti što nema pokretnih dijelova, operativnih troškova, načina kvara itd.

Kada se radijator spoji na izvor topline, kako se topli zrak diže, prirodno će doći do konvekcije, čime će započeti i nastaviti formirati protok zraka.

Iako je radijator jednostavan za korištenje, postoje neki nedostaci: 1. Radijator koji prenosi veliku toplinu je velik, skup i težak i mora biti pravilno postavljen, što će utjecati ili ograničiti fizički izgled ploče;

2. Peraje mogu biti blokirane prašinom u protoku vazduha, smanjujući efikasnost;

3. Mora biti pravilno spojen na izvor topline kako bi toplina mogla nesmetano teći od izvora topline do radijatora.

Konačno, modeliranje mora riješiti dva problema:

1. Problem vršne i prosječne disipacije. Na primjer, komponenta u stabilnom stanju sa kontinuiranom toplotnom disipacijom od 1W i uređaj sa toplotnom disipacijom od 10W, ali sa 10% povremenim radnim ciklusom imaju različite termičke efekte.

To znači da je prosječna disipacija topline ista, a povezana toplinska masa i toplinski tok će proizvesti različite distribucije topline. Većina CFD aplikacija može kombinovati statičku i dinamičku analizu.

2. Nesavršena fizička veza između komponenti i površine minijaturnog modela, kao što je fizička veza između vrha IC paketa i hladnjaka.

Ako veza ima malu udaljenost, toplinski otpor ove staze će se povećati, te je potrebno ispuniti kontaktnu površinu termalnom podlogom kako bi se poboljšala toplinska provodljivost puta.

Upravljanje toplinom može smanjiti temperaturu komponenti u napajanju i unutrašnjem okruženju, što može produžiti vijek trajanja proizvoda i poboljšati pouzdanost.

Ali upravljanje toplotom je integrisani koncept, ako se razloži do sitnica, to je ogromna tema.

To uključuje kompromise veličine, snage, efikasnosti, težine, pouzdanosti i cijene. Prioritet i ograničenja projekta moraju biti ocijenjeni.