Tri učinkovite metode za odvajanje toplote močnostnih modulov

Obstajajo trije osnovni načini za prenos energije z močnostnega modula iz območja z visoko temperaturo v območje z nizko temperaturo: sevanje, prenos in konvekcija.

Sevanje: elektromagnetni indukcijski prenos toplote, ki nastane med dvema blokoma različnih temperatur.

Prenos: prenos toplote skozi trden medij.

Konvekcija: Prenos toplote skozi tekoči medij (plin).

V različnih specifičnih aplikacijah imajo vsi trije načini prenosa toplote pogosto različne stopnje učinka. V večini aplikacij je konvekcija najbolj kritična metoda prenosa toplote. Če dodamo še drugi dve metodi odvajanja toplote, bo dejanski učinek boljši. Vendar pa imata lahko ti dve metodi v nekaterih situacijah tudi kontraproduktivne učinke. Zato se pri načrtovanju visokokakovostnega sistema za odvajanje toplote natančno upoštevajo vsi trije načini prenosa toplote.

napajalni modul

1, vir sevanja, odvajanje toplote

Ko sta dva vmesnika z različnimi temperaturami obrnjena drug proti drugemu, bo to povzročilo neprekinjen prenos toplote s sevanjem.

Končni vpliv sevanja na temperaturo določenih blokov določajo številni dejavniki: temperaturna razlika različnih komponent, orientacija sorodnih komponent, gladkost površine sestavnih delov in njihov medsebojni razmik itd. Ker ni možnosti za kvantitativno analizo tega elementa in vpliva lastne izmenjave sevalne kinetične energije okoliškega okolja' je zelo zapleteno izmeriti škodo sevanja na temperaturo in ga je težko natančno izračunati.

Pri posebni uporabi krmilnega modula preklopnega pretvornika je malo verjetno, da bi se zanašal samo na odvajanje sevalne toplote kot način hlajenja pretvornika. V večini primerov sevalni vir razprši le 10 % ali manj celotne proizvodnje toplote. Zato se sevalna toplota na splošno uporablja le kot pomožna metoda poleg ključne metode odvajanja toplote in na splošno ni upoštevana v načrtu toplotne zasnove. Vpliv temperature napajalnega modula. V posebnih aplikacijah je temperatura splošnega krmilnega modula pretvornika višja od naravne temperature okolja. Zato je prenos sevalne kinetične energije ugoden za odvajanje toplote. Vendar pa je pod določenimi pogoji temperatura nekaterih virov toplote (plošče elektronskih naprav, uporov z visoko močjo itd.) okoli krmilnega modula višja od temperature napajalnega modula in sevalna toplota teh predmetov bo zvišala temperaturo krmilnega modula.

V načrtu načrtovanja odvajanja toplote je treba relativne položaje obrobnih komponent krmilnega modula pretvornika razporediti znanstveno glede na vpliv, ki ga bo povzročilo toplotno sevanje. Ko so vroče komponente blizu krmilnega modula pretvornika, da bi oslabili učinek segrevanja vira sevanja, je treba med krmilni modul in vroče komponente vstaviti tanka rebra toplotnoizolacijske plošče.

2, prenos toplote

V mnogih aplikacijah je treba toploto, ki nastane na substratu napajalnega modula, prenesti na dolgo površino odvajanja toplote prek komponent za prenos toplote. Tako bo temperatura substrata napajalnega modula enaka vsoti temperature površine za odvajanje toplote, temperature komponent za prenos toplote in temperature obeh površin. Toplotna odpornost komponent za prenos toplote je sorazmerna z dolžino L med obema in obratno sorazmerna s površino preseka in hitrostjo prenosa toplote med obema. Uporaba ustreznih surovin in presekov lahko učinkovito zmanjša toplotno odpornost komponent za prenos toplote. Kadar sta dovoljeni prostor za namestitev in stroški, je treba uporabiti radiator z najmanjšo toplotno odpornostjo. Upoštevati je treba, da če se temperatura podlage napajalnega modula nekoliko zniža, se bo srednji čas med okvarami (MTBF) znatno povečal.

Surovine za proizvodnjo hladilnikov so ključni element, ki vpliva na učinkovitost, zato morate pri izbiri biti pozorni na številne vidike. V večini aplikacij se toplota, ki jo ustvari napajalni modul, prenese s podlage na hladilno telo ali komponente za prenos toplote. Vendar pa bo na površini med substratom napajalnega modula in komponentami za prenos toplote temperaturna razlika. To vrsto temperaturne razlike je treba nadzorovati. Toplotni upor je povezan zaporedno v krmilni zanki za odvajanje toplote. Temperatura podlage mora biti enaka temperaturi površine in komponentam za prenos toplote. Vsota temperature. Če tega ne nadzorujemo, bo dvig temperature površine zelo očiten. Celotna površina mora biti čim večja, gladkost površine pa mora biti znotraj 5 milov (0,005 čevljev). Da bi bolje odstranili neravnine površine, lahko površino napolnite s toplotno prevodnim lepilom ali blazinico za prenos toplote. ) Po ustreznih protiukrepih se lahko površinski toplotni upor zmanjša pod 0,1 ℃/W. Le z zmanjšanjem toplotne upornosti odvajanja toplote (RTH) ali zmanjšanjem porabe energije (Ploss) je mogoče znižati temperaturo in povečati TAmax. Največja moč preklopnega napajalnika je povezana s temperaturo aplikacije. Glavni parametri, ki vplivajo na izgubo izhodne moči Ploss, toplotno upornost RTH in najvišjo preklopno napajanje Temperatura primera TC. Preklopni napajalnik z visokim izkoristkom in najboljšim odvajanjem toplote bo imel nižjo temperaturo. Ko je nazivna izhodna moč izhodna, bo njihova uporabna temperatura obrobna. Temperatura stikalnega napajalnika z nižjim izkoristkom ali šibkim odvajanjem toplote bo višja. Morajo biti zračno hlajeni ali zmanjšani za uporabo.

3, konvekcijsko odvajanje toplote

Konvekcijsko odvajanje toplote je najpogosteje uporabljena metoda odvajanja toplote za pretvornike moči Aipu. Konvekcijo običajno delimo na naravno konvekcijo in prisilno konvekcijo. Prenos toplote s površine vročega bloka na okoliški statični plin pri nižji temperaturi se imenuje naravna konvekcija; prenos toplote s površine vročega bloka na tekoči plin se imenuje prisilna konvekcija.

Prednosti naravne konvekcije so, da je zelo enostavna za izvedbo, ne potrebuje električnih ventilatorjev, je nizka cena in ima visoko zanesljivost pri odvajanju toplote. Vendar pa je v nasprotju s prisilno konvekcijo, da bi dosegli enako temperaturo podlage, potreben velik hladilnik.

Pri načrtovanju radiatorjev z naravno konvekcijo je treba paziti tudi na naslednje:

Na splošno so za hladilna telesa podani samo glavni parametri navpičnih hladilnikov. Dejanski učinek odvajanja toplote vodoravnega hladilnega telesa je šibek. Če je potrebna horizontalna namestitev, je treba ustrezno povečati površino radiatorja, uporabiti pa je mogoče tudi prisilno konvekcijsko odvajanje toplote.