Opis načina toplotne disipacije modula moči
Obstajajo tri metode toplotne disipacije za module moči: konvekcijo, prevodnost in sevanje. V praktičnih aplikacijah večina uporablja konvekcijo kot glavno metodo razsipanja toplote. Če je zasnova primerna, skupaj z dvema načinoma razsipanja toplote prevodnosti in sevanja, bo učinek maksimiziran. Če pa je zasnova nepravilna, bo povzročila škodljive učinke. Zato je pri načrtovanju modula moči oblikovanje sistema za razsip toplote postalo pomembna povezava.
1. Način hlajenje konvekcije
Konvekcijo toplotna disipacija se nanaša na prenos toplote skozi tekoči srednji zrak za doseganje učinka toplotne disipacije. To je naša skupna metoda razsipanja toplote. Metode konvekcije so na splošno razdeljene na dve vrsti, prisilno konvekcijo in naravno konvekcijo. Prisilna konvekcija se nanaša na prenos toplote s površine ogrevalnega predmeta na pretok zraka, naravna konvekcija pa se nanaša na prenos toplote s površine ogrevalnega predmeta na okoliški zrak pri nižji temperaturi. Prednosti uporabe naravne konvekcije so preprosta izvedba, nizek strošek, ni potrebe po zunanjem ventilatorju za hlajenje in visoka zanesljivost. Da bi prisilna konvekcija dosegla temperaturo substrata za normalno uporabo, zahteva večji pomivalnik toplote in zavlači prostor.
Bodite pozorni na zasnovo naravnega konvekcijskega radiatorja. Če ima horizontalni radiator slabo toplotno disipacijo učinek, je treba območje radiatorja ustrezno povečati ali prisiliti v konvekcijo, da se toplota ob vodoravni namestitvi raztaplja.
2. Metoda prevodnega razsipanja toplote
Ko je modul moči v uporabi, mora biti toplota na podlagi izvedena na daljno površino za razsip toplote skozi toplotno prevodni element, tako da bo temperatura podlage enaka vsoti temperature toplotno-disipirajoče površine, dvigu temperature toplotno vodenega elementa in temperaturnem dvigu dveh kontaktnih površin.
Na ta način lahko toplotno energijo izničiti v učinkovitem prostoru, da se zagotovi normalno delovanje komponent. Toplotna odpornost toplotnega elementa je neposredno sorazmerna dolžini, in inversalno sorazmerna z njegovo presežno površino in toplotno prevodnostjo. Če ne upoštevate prostora in stroškov namestitve, je treba uporabiti radiator z najmanjšo toplotno odpornostjo. Ker se temperatura substrata napajalnika nekoliko spusti, se bo bistveno izboljšala vmesna doba med okvarami, izboljšala se bo stabilnost napajalnika, življenjska doba pa bo daljša.
Temperatura je pomemben dejavnik, ki vpliva na delovanje napajalnika, zato se pri izbiri radiatorja osredotočite na njegove proizvodne materiale. Pri praktičnih aplikacijah se toplota, ki jo ustvarja modul, izvaja od substrata do grelnega korita ali toplotno vodenega elementa. Vendar pa bo na kontaktni površini med napajalnim substratom in toplotno vodenim elementom razlika v temperaturi in to temperaturno razliko je treba nadzorovati.
Temperatura podlage mora biti vsota dviga temperature kontaktne površine in temperature elementa za toplotno vodenje. Če se ne nadzoruje, bo zvišanje temperature kontaktne površine še posebej pomembno. Zato mora biti površina kontaktne površine čim večja, gladkost kontaktne površine pa naj bo znotraj 5 mil, torej v 0,005 palcev.
Za odpravo neusmernosti površine je treba kontaktno površino napolniti s toplotno prevodnim lepilom ali toplotno blazinico. Po ustreznih ukrepih se lahko toplotna odpornost kontaktne površine zmanjša na manj kot 0,1 °C/W. Samo z zmanjšanjem toplotne disipacije in toplotne odpornosti ali porabe energije se lahko zniža dvig temperature. Največja izhodna moč napajalnika je povezana s temperaturo okolja aplikacije. Vplivni parametri na splošno vključujejo: izgubo električne energije, toplotno odpornost in največjo temperaturo napajalnika. Napajalniki z visoko učinkovitostjo in boljšim razsipom toplote bodo imeli nižjo temperaturno rast, njihova ugodna temperatura pa bo imela maržo pri nazivni izhodni moči. Napajalniki z nižjo učinkovitostjo ali slabo disipacijo toplote bodo imeli višjo temperaturno rast, ker zahtevajo hlajenje zraka ali pa jih je treba zaradi uporabe odmeriti.
3. Metoda razsipanja toplote v sevanju
Sevalna toplotna disipacija je zaporedni sevalni prenos toplote, ki se pojavi, ko se dva vmesnika z različnimi temperaturami soočita. Vpliv sevanja na temperaturo enega predmeta je odvisen od številnih dejavnikov, kot so temperaturna razlika različnih komponent, zunanji del komponent, položaj sestavnih delov in razdalja med njimi. Pri praktičnih aplikacijah je te dejavnike težko količinsko ovrednotiti in skupaj z vplivom lastne sijoče izmenjave energije okolice težko natančno izračunati neuredne učinke sevanja na temperaturo.
Pri praktičnih aplikacijah je nemogoče, da bi napajalnik sam uporabljal sevalno toplotno disipacijo, saj ta metoda na splošno lahko izposti le 10% ali manj celotne toplote. Običajno se uporablja kot pomožno sredstvo glavne metode razsipanja toplote in se na splošno ne upošteva pri toplotni zasnovi. Njen vpliv na temperaturo. V delovnem stanju napajalnika je njegova temperatura na splošno višja od temperature zunanjega okolja, prenos sevanja pa pomaga v celotni toplotni disipacija. Vendar pa bodo v posebnih okoliščinah toplotni viri v bližini napajalnika, kot so visokomočji odpornosti, deske naprav itd., sevanje teh predmetov povzročilo dvig temperature modula napajanja.
