Zasnova toplotnega hlajenja za napajalne naprave
Vsi vemo, da je toplotno upravljanje pomemben vidik upravljanja z energijo. Komponente in sisteme mora vzdrževati v temperaturnih mejah. Pasivne rešitve se začnejo s hladilniki in toplotnimi cevmi in lahko uporabljajo ventilatorje za aktivno hlajenje, da povečajo učinek hlajenja.
Sistemsko modeliranje ravni komponent in končnega izdelka omogoča oblikovalcem, da naredijo približno analizo strategije hlajenja prvega reda. Z uporabo računalniške dinamike tekočin za nadaljnjo analizo lahko v celoti razumete celotno toplotno situacijo in vpliv sprememb strategije 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 prevoda toplote: sevanje, prevodnost in konvekcija
Za večino elektronskih sistemov je hlajenje, ki ga je potrebno doseči, pustiti toploto zapustiti neposredni vir toplote s prevodnostjo in jo nato prenesti na druga mesta s konvekcijo. Izziv pri načrtovanju 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 naravno inducirane metode prevodnosti in konvekcije. V nasprotju s tem je ventilator aktivni sistem prisilnega hlajenja zraka.
Hlajenje hladilnika:
Hladilnik je aluminijasta ali bakrena konstrukcija, ki lahko pridobi toploto iz vira toplote s prevodnostjo in prenese toploto v zračni tok (v nekaterih primerih v vodo ali druge tekočine), da uresniči konvekcijo. Radiatorji so na voljo v tisočih velikostih in oblikah, od majhnih vtisnjenih kovinskih reber, ki povezujejo en sam tranzistor, do velikih ekstruzij s številnimi rebri, ki lahko prestrežejo in prenesejo toploto na konvektivni zračni tok.
Ena od prednosti hladilnika je, da ni gibljivih delov, ni stroškov delovanja in načinov okvare. Ko je ogrevalni sistem ustrezne velikosti priključen na vir toplote, ko se topel zrak dviga, bo naravno prišlo do konvekcije, ki bo začela in še naprej tvorila zračni tok. Zato so te prednosti zelo pomembne pri uporabi hladilnika za zagotavljanje nemotenega pretoka zraka med vstopom in izstopom vira toplote. Poleg tega mora biti dovod pod radiatorjem, izhod pa nad; V nasprotnem primeru bo vroč zrak zastajal na viru toplote, kar bo stanje še poslabšalo.
Dodajanje toplotnih cevi:
Funkcija toplotne cevi je, da absorbira toploto iz vira toplote in jo prenese v hladnejše območje, sama pa ne deluje kot radiator. Če v bližini vira toplote ni dovolj prostora za namestitev radiatorja ali je pretok zraka nezadosten, lahko uporabite toplotno cev. Toplotna cev ima visoko učinkovitost in lahko prenaša toploto iz vira na kraj, ki je bolj primeren za upravljanje.
Dodajanje ventilatorja za hlajenje:
Očitno bodo ventilatorji povečali stroške, potrebovali prostor in povečali hrup sistema. Ventilator je kot elektromehanska naprava nagnjen tudi k okvaram, kar porablja energijo in vpliva na učinkovitost celotnega sistema. Vendar pa so v mnogih primerih, zlasti kadar je pot pretoka zraka ukrivljena, navpična ali blokirana, običajno edini način za zadosten pretok zraka. Številne aplikacije uporabljajo toplotno nadzorovane ventilatorje, ki delujejo le, kadar je to potrebno za zmanjšanje hitrosti, s čimer se zmanjša poraba energije, in uporabljajo lopatice, ki zmanjšajo hrup pri optimalni hitrosti delovanja.
Modeliranje in toplotna simulacija:
Modeliranje in simulacija sta bistvenega pomena za učinkovito strategijo upravljanja s toploto, 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 temperaturo pod dovoljeno mejo. Z uporabo temperature zraka, razpoložljivega pretoka neprisilnega pretoka zraka, pretoka zraka ventilatorja in drugih dejavnikov za osnovni izračun lahko približno razumemo temperaturno stanje.
Z nekaj prilagoditvami lahko oblikovalci vidijo, ali večja zračna vrata potrebujejo več zraka, ugotovijo, ali so druge poti pretoka zraka učinkovitejše, ugotovijo razlike v uporabi večjih ali različnih radiatorjev, raziščejo uporabo toplotnih cevi za premikanje vročih točk itd. Ti programski paketi za modeliranje CFD lahko ustvarijo tabelarne podatke in barvne slike odvajanja toplote. Spremembe velikosti ventilatorja, pretoka zraka in položaja je prav tako enostavno modelirati.
Upravljanje porabe tudi toplotno upravljanje, zlasti kako bo hlajenje funkcij, povezanih z energijo, vplivalo na toplotno zasnovo in akumulacijo toplote. Poleg tega, tudi če komponente in sistemi še naprej delujejo v območju specifikacije, bo zvišanje temperature povzročilo spremembe zmogljivosti s spremembo parametrov komponent. Pregrevanje lahko tudi skrajša življenjsko dobo komponent in tako skrajša povprečni čas med okvarami, kar je tudi dejavnik, ki ga je treba upoštevati za zagotovitev dolgoročne zanesljivosti.
