Siltuma vadības tehnoloģiju sērija: jaudas dzesēšanas vadība

Kad elektroinženieri piemin terminu" jaudas pārvaldība", lielākā daļa cilvēku domā par MOS lampām, pārveidotājiem, transformatoriem utt.

Patiesībā jaudas pārvaldība ir daudz vairāk.

Strāvas padeve radīs siltumu, kad tas darbojas, un nepārtraukta temperatūras paaugstināšanās izraisīs veiktspējas izmaiņas, kas galu galā var izraisīt sistēmas kļūmes.

Turklāt siltums saīsinās komponentu kalpošanas laiku un ietekmēs ilgtermiņa uzticamību.

Tāpēc jaudas pārvaldība ietver arī siltuma pārvaldību. Attiecībā uz siltuma pārvaldību ir jāsaprot divi viedokļi:

& quot;Mikro"|Problēma

Atsevišķs komponents ir pārkarsis pārmērīgas siltuma ražošanas dēļ, bet pārējās sistēmas un korpusa temperatūra ir robežās.

& quot;Makro"|Problēma

Visas sistēmas temperatūra ir pārāk augsta, jo uzkrājas siltums no vairākiem siltuma avotiem.

Inženierim ir jānosaka, cik daudz siltuma pārvaldības problēmu ir mikro un makro, kā arī korelācijas pakāpe starp tām.

Vienkārša izpratne ir tāda, ka pat tad, ja siltumenerģijas ģenerējošās sastāvdaļas temperatūras paaugstināšanās pārsniedz pieļaujamo robežu un izraisa visas sistēmas uzsilšanu, tas ne vienmēr nozīmē, ka visa sistēma ir pārkarsusi, bet komponenta radītajam liekajam siltumam ir jābūt. tikt izkliedētam.

Tātad, kur paliek siltums?

Izkaisīts uz vēsāku vietu, tā var būt blakus esošā sistēmas daļa un šasija, vai arī ārpus šasijas (iespējams tikai tad, ja ārējā temperatūra ir zemāka par iekšējo temperatūru).

Siltuma pārvaldībā tiek ievēroti fizikas pamatprincipi. Ir trīs siltuma vadīšanas veidi: starojums, vadīšana un konvekcija.

Lielākajai daļai elektronisko sistēmu, lai panāktu nepieciešamo dzesēšanu, vispirms ir jāļauj siltumam iziet no siltuma avota vadīšanas ceļā un pēc tam jāpārnes uz citām vietām ar konvekcijas palīdzību.

Veicot termisko projektēšanu, nepieciešams apvienot dažādas siltuma vadības aparatūras, lai efektīvi sasniegtu nepieciešamo vadītspēju un konvekciju.

Visbiežāk tiek izmantotas trīs dzesēšanas sastāvdaļas: radiatori, siltuma caurules un ventilatori.

Radiators un siltuma caurule ir pasīvās dzesēšanas sistēmas bez barošanas avota, savukārt ventilators ir aktīva piespiedu gaisa dzesēšanas sistēma.

Radiators ir alumīnija vai vara konstrukcija, kas var iegūt siltumu no siltuma avota caur vadīšanu un pārnest siltumu uz gaisa plūsmu (dažos gadījumos uz ūdeni vai citiem šķidrumiem), lai panāktu konvekciju.

Siltuma izlietnes ir pieejamas tūkstošiem izmēru un formu, sākot no mazām apzīmogotām metāla spurām, kas savieno vienu tranzistoru, līdz lielām ekstrūzijai ar daudzām spurām (pirkstiem), kas var pārtvert konvektīvo gaisa plūsmu un nodot tai siltumu.

Radiatoram ir tādas priekšrocības, ka nav kustīgu daļu, ekspluatācijas izmaksas, atteices režīmi utt.

Kad radiators ir pievienots siltuma avotam, siltajam gaisam paceļoties augšup, dabiski notiks konvekcija, tādējādi sākot un turpinot veidot gaisa plūsmu.

Lai gan radiatoru ir viegli lietot, ir daži trūkumi: 1. Radiators, kas pārraida lielu siltumu, ir liels, dārgs un smags, un tas ir pareizi jānovieto, kas ietekmēs vai ierobežos shēmas plates fizisko izkārtojumu;

2. Gaisa plūsmā esošie putekļi var bloķēt spuras, samazinot efektivitāti;

3. Tam jābūt pareizi pievienotam siltuma avotam, lai siltums varētu netraucēti plūst no siltuma avota uz radiatoru.

Visbeidzot, modelēšanai ir jāatrisina divas problēmas:

1. Pīķa un vidējās izkliedes problēma. Piemēram, līdzsvara stāvokļa komponentam ar nepārtrauktu 1 W siltuma izkliedi un ierīcei ar 10 W siltuma izkliedi, bet ar 10% periodisku darba ciklu ir dažādi termiskie efekti.

Tas nozīmē, ka vidējā siltuma izkliede ir vienāda, un saistītā siltuma masa un siltuma plūsma radīs atšķirīgu siltuma sadalījumu. Lielākā daļa CFD lietojumprogrammu var apvienot statisko un dinamisko analīzi.

2. Nepilnīgs fiziskais savienojums starp komponentiem un miniatūra modeļa virsmu, piemēram, fiziskais savienojums starp IC paketes augšdaļu un siltuma izlietni.

Ja savienojumam ir mazs attālums, šī ceļa siltuma pretestība palielināsies, un ir nepieciešams aizpildīt kontaktvirsmu ar termisko spilventiņu, lai uzlabotu ceļa siltumvadītspēju.

Termiskā vadība var samazināt barošanas avota un iekšējās vides komponentu temperatūru, kas var pagarināt produkta kalpošanas laiku un uzlabot uzticamību.

Taču siltuma pārvaldība ir integrēts jēdziens, ja tas ir sadalīts līdz sīkumiem, tas ir milzīgs temats.

Tas ietver lieluma, jaudas, efektivitātes, svara, uzticamības un izmaksu kompromisus. Jāizvērtē projekta prioritāte un ierobežojumi.