Rešitev za hlajenje napajalne naprave

Vsi vemo, da je upravljanje toplote pomemben vidik upravljanja z energijo. Komponente in sistemi morajo biti v mejah temperature. Pasivne rešitve se začnejo s hladilniki in toplotnimi cevmi ter lahko uporabljajo ventilatorje za aktivno hlajenje, da povečajo učinek hlajenja.Sistemsko modeliranje na ravni komponent in na ravni končnega izdelka oblikovalcem omogoča, da naredijo približno analizo hladilne strategije prvega reda. Z uporabo računalniške dinamike tekočin za nadaljnjo analizo je mogoče v celoti razumeti celotno toplotno situacijo in vpliv sprememb v strategiji hlajenja. Vse rešitve za upravljanje toplote vključujejo kompromise glede velikosti, moči, učinkovitosti, teže, zanesljivosti in stroškov ter morajo oceniti prednostne naloge in omejitve projekta.

Vse rešitve toplotnega upravljanja sledijo osnovnim principom fizike. V načinu hlajenja obstajajo trije načini prevajanja toplote: sevanje, prevajanje in konvekcija.

Pri večini elektronskih sistemov je hlajenje, ki ga je potrebno doseči, omogočiti, da toplota zapusti neposredni vir toplote s prevajanjem in jo nato s konvekcijo prenese na druga mesta. Izziv načrtovanja je združiti različno strojno opremo za upravljanje toplote, da bi učinkovito dosegli zahtevano prevodnost in konvekcijo. Obstajajo trije najpogosteje uporabljeni hladilni elementi: radiator, toplotna cev in ventilator. Radiatorji in toplotne cevi so pasivni hladilni sistemi brez napajanja, ki vključuje tudi metode naravno inducirane prevodnosti in konvekcije. V nasprotju s tem je ventilator aktivni sistem hlajenja s prisilnim zrakom.

Hlajenje hladilnika:

Hladilnik je aluminijasta ali bakrena struktura, ki lahko pridobi toploto iz vira toplote s prevodnostjo in prenese toploto na zračni tok (v nekaterih primerih na vodo ali druge tekočine), da doseže konvekcijo. Radiatorji so na voljo v tisočih velikostih in oblikah, od majhnih vtisnjenih kovinskih reber, ki povezujejo en sam tranzistor, do velikih iztiskov s številnimi rebri, ki lahko prestrežejo in prenesejo toploto na konvektivni zračni tok.

Ena od prednosti hladilnika je, da ni gibljivih delov, ni operativnih stroškov in ni načinov okvare. Ko je pravilno velik heatsik povezan z virom toplote, ko se topel zrak dvigne, se naravno pojavi konvekcija, ki začne in nadaljuje z oblikovanjem zračnega toka. Zato so te prednosti zelo pomembne pri uporabi hladilnika za zagotavljanje gladkega pretoka zraka med vstopom in izhodom vira toplote. Poleg tega mora biti dovod pod radiatorjem, odvod pa zgoraj; V nasprotnem primeru bo topel zrak stagniral na viru toplote, kar bo še poslabšalo situacijo.

Dodajanje toplotnih cevi:

Funkcija toplotne cevi je, da absorbira toploto iz vira toplote in jo prenaša v hladnejše območje, sama pa ne deluje kot radiator. Kadar v bližini vira toplote ni dovolj prostora za postavitev radiatorja ali je pretok zraka nezadosten, lahko uporabimo toplotno cev. Toplotna cev ima visoko učinkovitost in lahko prenaša toploto iz vira na mesto, ki je bolj priročno za upravljanje.

Dodajanje hladilnega ventilatorja:

 Očitno bodo ventilatorji povečali stroške, zahtevali prostor in povečali hrup sistema. Tudi ventilator je kot elektromehanska naprava nagnjen k okvaram, kar porablja energijo in vpliva na učinkovitost celotnega sistema. Vendar so v mnogih primerih, zlasti ko je pot zračnega toka ukrivljena, navpična ali blokirana, običajno edini način za doseganje zadostnega zračnega toka. Številne aplikacije uporabljajo toplotno krmiljene ventilatorje, ki delujejo le, ko je potrebno, da zmanjšajo hitrost, s čimer zmanjšajo porabo energije, in uporabljajo rezila, ki zmanjšajo hrup pri optimalni delovni hitrosti.

Modeliranje in toplotna simulacija:

Modeliranje in simulacija sta bistvenega pomena za učinkovito strategijo toplotnega upravljanja, da se določi, koliko hladilnega zraka je potrebno in kako se hlajenje doseže. Pretok zraka skozi različne vire toplote je mogoče dimenzionirati tako, da ohranja njegovo temperaturo pod dovoljeno mejo. Z uporabo temperature zraka, razpoložljivega toka neprisiljenega toka zraka, pretoka zraka ventilatorja in drugih dejavnikov za osnovni izračun lahko približno razumemo temperaturno stanje.

Z nekaj prilagoditvami lahko oblikovalci vidijo, ali večje zračne odprtine potrebujejo več zraka, ugotovijo, ali so druge poti pretoka zraka učinkovitejše, prepoznajo razlike pri uporabi večjih ali različnih radiatorjev, raziščejo uporabo toplotnih cevi za premikanje vročih točk itd. Ti programski paketi za modeliranje CFD lahko ustvarijo tabelarične podatke in barvne slike odvajanja toplote. Spremembe velikosti ventilatorja, pretoka zraka in položaja je tudi enostavno modelirati.

Upravljanje porabe energije tudi toplotno upravljanje, še posebej, kako bo hlajenje funkcij, povezanih z napajanjem, vplivalo na toplotno zasnovo in akumulacijo toplote. Poleg tega, tudi če komponente in sistemi še naprej delujejo v območju specifikacij, bo povišanje temperature povzročilo spremembe v delovanju s spremembo parametrov komponente. Pregrevanje lahko prav tako skrajša življenjsko dobo komponent in tako skrajša srednji čas med okvarami, kar je prav tako dejavnik, ki ga je treba upoštevati pri zagotavljanju dolgoročne zanesljivosti.