Serija Thermal Management Technology: Power Cooling Management

Ko inženirji elektrotehnike omenjajo izraz"upravljanje napajanja ", večina ljudi pomisli na MOS cevi, pretvornike, transformatorje itd.

Pravzaprav je upravljanje porabe veliko več kot to.

Napajalnik bo med delovanjem proizvajal toploto, nenehno dvigovanje temperature pa bo povzročilo spremembe v delovanju, kar lahko sčasoma privede do okvar sistema.

Poleg tega bo toplota skrajšala življenjsko dobo komponent in vplivala na dolgoročno zanesljivost.

Zato upravljanje energije vključuje tudi toplotno upravljanje. Glede toplotnega upravljanja je treba razumeti dve stališči:

& quot;Mikro"|Problem

Posamezen sestavni del se je pregrel zaradi prekomernega nastajanja toplote, vendar je temperatura preostalega sistema in ohišja v mejah.

& quot;Makro"|Problem

Temperatura celotnega sistema je previsoka zaradi kopičenja toplote iz več virov toplote.

Inženir mora določiti, koliko težav pri upravljanju toplote je mikro in makro ter stopnjo korelacije med obema.

Preprosto razumevanje je, da tudi če dvig temperature komponente, ki proizvaja toploto, preseže dovoljeno mejo in povzroči segrevanje celotnega sistema, to ne pomeni nujno, da je celoten sistem pregret, ampak mora presežna toplota, ki jo ustvari komponenta, biti razpršena.

Kam torej gre toplota?

Raztresen na hladnejši prostor je lahko sosednji del sistema in ohišja ali pa je zunaj ohišja (mogoče le, če je zunanja temperatura nižja od notranje).

Toplotno upravljanje sledi osnovnim principom fizike. Obstajajo trije načini prevodnosti toplote: sevanje, prevodnost in konvekcija.

Za večino elektronskih sistemov je za dosego zahtevanega hlajenja najprej pustiti toploto zapustiti vir toplote s prevodnostjo, nato pa jo prenesti na druga mesta s konvekcijo.

Pri izvajanju toplotnega načrtovanja je potrebno kombinirati različno strojno opremo za upravljanje toplote, da učinkovito dosežemo zahtevano prevodnost in konvekcijo.

Obstajajo trije najpogosteje uporabljeni hladilni elementi: radiatorji, toplotne cevi in ​​ventilatorji.

Radiator in toplotna cev sta pasivna hladilna sistema brez napajanja, ventilator pa je aktivni sistem prisilnega hlajenja zraka.

Radiator 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 doseže konvekcijo.

Hladilniki so na voljo v tisočih velikostih in oblikah, od majhnih vtisnjenih kovinskih rebrov, ki povezujejo en sam tranzistor, do velikih iztiskov s številnimi plavutmi (prsti), ki lahko prestrežejo konvektivni zračni tok in mu prenesejo toploto.

Radiator ima prednosti brez gibljivih delov, obratovalnih stroškov, načinov okvar itd.

Ko je radiator priključen na vir toplote, ko se topel zrak dviga, bo naravno prišlo do konvekcije, ki bo začela in nadaljevala tvorjenje zračnega toka.

Čeprav je radiator enostaven za uporabo, obstaja nekaj pomanjkljivosti: 1. Radiator, ki oddaja veliko toploto, je velik, drag in težak in mora biti pravilno nameščen, kar bo vplivalo ali omejilo fizično postavitev vezja;

2. Rebra lahko blokira prah v zračnem toku, kar zmanjša učinkovitost;

3. Mora biti pravilno priključen na vir toplote, da lahko toplota nemoteno teče od vira toplote do radiatorja.

Končno mora modeliranje rešiti dve težavi:

1. Problem vršne in povprečne disipacije. Na primer, komponenta v stanju dinamičnega ravnovesja z neprekinjeno toplotno disipacijo 1 W in naprava s toplotno disipacijo 10 W, vendar z 10-odstotnim vmesnim delovnim ciklom imata različne toplotne učinke.

To pomeni, da je povprečna toplotna disipacija enaka, povezana toplotna masa in toplotni tok pa bosta povzročila različno porazdelitev toplote. Večina aplikacij CFD lahko združuje statično in dinamično analizo.

2. Nepopolna fizična povezava med komponentami in površino miniaturnega modela, kot je fizična povezava med zgornjim delom IC paketa in hladilnikom.

Če ima povezava majhno razdaljo, se bo toplotna upornost te poti povečala, zato je treba kontaktno površino napolniti s toplotno blazinico, da se poveča toplotna prevodnost poti.

Toplotno upravljanje lahko zmanjša temperaturo komponent v napajalniku in notranjem okolju, kar lahko podaljša življenjsko dobo izdelka in izboljša zanesljivost.

Toda upravljanje s toploto je integriran koncept, če ga razčlenimo na malenkosti, je ogromna tema.

Vključuje kompromise glede velikosti, moči, učinkovitosti, teže, zanesljivosti in stroškov. Oceniti je treba prednost in omejitve projekta.