Opis načina odvajanja toplote napajalnega modula
Obstajajo trije načini odvajanja toplote za napajalne module: konvekcija, prevodnost in sevanje. V praktičnih aplikacijah večina od njih uporablja konvekcijo kot glavno metodo odvajanja toplote. Če je zasnova ustrezna, skupaj z dvema načinoma odvajanja toplote - prevodnostjo in sevanjem, bo učinek čim večji. Če pa je zasnova neustrezna, bo to povzročilo negativne učinke. Zato je pri načrtovanju močnostnega modula oblikovanje sistema za odvajanje toplote postalo pomemben člen.
1. Konvekcijski način hlajenja
Konvekcijsko odvajanje toplote se nanaša na prenos toplote skozi tekoči medijski zrak, da se doseže učinek odvajanja toplote. To je naša običajna metoda odvajanja toplote. Konvekcijske metode so na splošno razdeljene na dve vrsti, prisilno konvekcijo in naravno konvekcijo. Prisilna konvekcija se nanaša na prenos toplote s površine grelnega predmeta na tekoči zrak, naravna konvekcija pa na prenos toplote s površine grelnega predmeta na okoliški zrak pri nižji temperaturi. Prednosti uporabe naravne konvekcije so enostavna izvedba, nizki stroški, ni potrebe po zunanjem hladilnem ventilatorju in visoka zanesljivost. Da bi prisilna konvekcija dosegla temperaturo podlage za normalno uporabo, potrebuje večji hladilno telo in zavzame prostor.
Bodite pozorni na zasnovo radiatorja z naravno konvekcijo. Če ima vodoravni radiator slab učinek odvajanja toplote, je treba površino radiatorja ustrezno povečati ali prisiliti konvekcijo za odvajanje toplote, ko je nameščen vodoravno.
2. Prevodna metoda odvajanja toplote
Ko je napajalni modul v uporabi, mora biti toplota na substratu odvedena na oddaljeno površino odvajanja toplote skozi toplotno prevodni element, tako da bo temperatura podlage enaka vsoti temperature odvajanja toplote. površine, dvig temperature toplotno prevodnega elementa in dvig temperature obeh kontaktnih površin. Na ta način lahko toplotno energijo izhlapimo v učinkovitem prostoru, da zagotovimo normalno delovanje komponent. Toplotna upornost toplotnega elementa je neposredno sorazmerna z dolžino in obratno sorazmerna s površino njegovega preseka in toplotno prevodnostjo. Če ne upoštevate prostora za namestitev in stroškov, je treba uporabiti radiator z najmanjšo toplotno odpornostjo. Ker se temperatura podlage napajalnika nekoliko zniža, se bo povprečni čas med okvarami bistveno izboljšal, izboljšala se bo stabilnost napajanja in življenjska doba bo daljša.
Temperatura je pomemben dejavnik, ki vpliva na delovanje napajalnika, zato se pri izbiri radiatorja osredotočite na materiale njegove izdelave. V praktičnih aplikacijah se toplota, ki jo ustvarja modul, odvaja od podlage do hladilnega telesa ali toplotno prevodnega elementa. Vendar pa bo na kontaktni površini med napajalnim substratom in toplotno prevodnim elementom prišlo do temperaturne razlike in to temperaturno razliko je treba nadzorovati. Temperatura podlage mora biti vsota dviga temperature kontaktne površine in temperature toplotno prevodnega elementa. Če se ne nadzoruje, bo dvig temperature kontaktne površine še posebej pomemben. Zato mora biti površina kontaktne površine čim večja, gladkost kontaktne površine pa mora biti znotraj 5 mils, torej znotraj 0,005 palca.
Da bi odpravili neravnine površine, je treba kontaktno površino napolniti s toplotno prevodnim lepilom ali termo blazinico. Po ustreznih ukrepih se lahko toplotna odpornost kontaktne površine zmanjša na pod 0,1°C/W. Le z zmanjšanjem odvajanja toplote in toplotne upornosti oziroma porabe energije se lahko dvig temperature zmanjša. Največja izhodna moč napajalnika je odvisna od temperature okolja aplikacije. Vplivni parametri na splošno vključujejo: izgubo moči, toplotno upornost in največjo temperaturo ohišja napajalnika. Napajalniki z visokim izkoristkom in boljšim odvajanjem toplote bodo imeli nižji dvig temperature, njihova uporabna temperatura pa bo imela rezervo pri nazivni izhodni moči. Napajalniki z nižjo učinkovitostjo ali slabim odvajanjem toplote bodo imeli višji dvig temperature, ker zahtevajo zračno hlajenje ali pa jih je treba zmanjšati za uporabo.
3. Metoda odvajanja toplote sevanja
Sevalno odvajanje toplote je zaporedni sevalni prenos toplote, ki se pojavi, ko sta dva vmesnika z različnimi temperaturami obrnjena drug proti drugemu. Vpliv sevanja na temperaturo posameznega predmeta je odvisen od številnih dejavnikov, kot so temperaturna razlika različnih komponent, zunanjost komponent, položaj komponent in razdalja med njimi. V praktičnih aplikacijah je te dejavnike težko količinsko opredeliti in skupaj z vplivom lastne izmenjave sevalne energije iz okolja', je težko natančno izračunati neurejene učinke sevanja na temperaturo.
V praktičnih aplikacijah je nemogoče, da napajalnik uporablja samo odvajanje toplote sevanja, ker lahko ta metoda na splošno razprši le 10 % ali manj celotne toplote. Običajno se uporablja kot pomožno sredstvo pri glavni metodi odvajanja toplote in se na splošno ne upošteva pri toplotni zasnovi. Njegov vpliv na temperaturo. V delovnem stanju napajalnika je njegova temperatura na splošno višja od temperature zunanjega okolja, prenos sevanja pa pomaga pri celotnem odvajanju toplote. Vendar pa bo v posebnih okoliščinah, pri virih toplote v bližini napajalnika, kot so upori velike moči, plošče naprav itd., sevanje teh predmetov povzročilo dvig temperature napajalnega modula.
