Thermal Management Technology Series: Power Cooling Management

Når elektriske ingeniører nævner udtrykket"strømstyring", tænker de fleste på MOS-rør, omformere, transformere osv.

Faktisk er strømstyring meget mere end det.

Strømforsyningen vil generere varme, når den fungerer, og kontinuerlig temperaturstigning vil forårsage ændringer i ydeevnen, som i sidste ende kan føre til systemfejl.

Derudover vil varme forkorte komponenternes levetid og påvirke langsigtet pålidelighed.

Derfor involverer strømstyring også termisk styring. Med hensyn til termisk styring er der to synspunkter, der skal forstås:

& quot;Mikro"|Problem

En enkelt komponent er overophedet på grund af for høj varmeudvikling, men temperaturen i resten af ​​systemet og kabinettet er inden for grænsen.

& quot;Makro"|Problem

Temperaturen i hele systemet er for høj på grund af akkumulering af varme fra flere varmekilder.

Ingeniøren skal bestemme, hvor mange af de termiske styringsproblemer, der er mikro og makro, og graden af ​​korrelation mellem de to.

Den enkle forståelse er, at selvom temperaturstigningen af ​​en varmegenererende komponent overstiger dens tilladte grænse og får hele systemet til at varme op, betyder det ikke nødvendigvis, at hele systemet er overophedet, men den overskydende varme, som komponenten genererer, skal blive spredt.

Så hvor bliver varmen af?

Spredt til et koldere sted kan det være den tilstødende del af systemet og chassiset, eller det kan være uden for chassiset (kun muligt, når udetemperaturen er lavere end den interne temperatur).

Termisk styring følger fysikkens grundlæggende principper. Der er tre måder at lede varme på: stråling, ledning og konvektion.

For de fleste elektroniske systemer er for at opnå den nødvendige køling først at lade varmen forlade varmekilden ved ledning og derefter overføre den til andre steder ved konvektion.

Når du udfører termisk design, er det nødvendigt at kombinere forskellige termiske styringshardware for effektivt at opnå den nødvendige ledning og konvektion.

Der er tre mest almindeligt anvendte kølekomponenter: radiatorer, varmerør og ventilatorer.

Radiatoren og varmerøret er passive kølesystemer uden strømforsyning, mens blæseren er et aktivt tvungen luftkølesystem.

Radiatoren er en aluminium- eller kobberstruktur, der kan hente varme fra en varmekilde gennem ledning og overføre varmen til luftstrømmen (i nogle tilfælde til vand eller andre væsker) for at opnå konvektion.

Køleplader kommer i tusindvis af størrelser og former, fra små stemplede metalfinner, der forbinder en enkelt transistor, til store ekstruderinger med mange finner (fingre), der kan opfange konvektiv luftstrøm og overføre varme til den.

Radiatoren har fordelene ved ingen bevægelige dele, driftsomkostninger, fejltilstande osv.

Når først radiatoren er tilsluttet varmekilden, vil der naturligt forekomme konvektion, efterhånden som den varme luft stiger, og dermed starte og fortsætte med at danne en luftstrøm.

Selvom radiatoren er nem at bruge, er der nogle ulemper: 1. Radiatoren, der overfører stor varme, er stor, kostbar og tung og skal placeres korrekt, hvilket vil påvirke eller begrænse den fysiske indretning af printpladen;

2. Finnerne kan være blokeret af støv i luftstrømmen, hvilket reducerer effektiviteten;

3. Den skal være korrekt tilsluttet varmekilden, så varmen kan flyde jævnt fra varmekilden til radiatoren.

Endelig skal modellering løse to problemer:

1. Problemet med top- og gennemsnitsdissipation. For eksempel har en steady-state komponent med en kontinuerlig termisk dissipation på 1W og en enhed med en termisk dissipation på 10W, men med en 10 % intermitterende driftscyklus, forskellige termiske effekter.

Det vil sige, at den gennemsnitlige varmeafgivelse er den samme, og den tilhørende varmemasse og varmestrøm vil give forskellige varmefordelinger. De fleste CFD-applikationer kan kombinere statisk og dynamisk analyse.

2. Den ufuldkomne fysiske forbindelse mellem komponenter og overfladen af ​​miniaturemodellen, såsom den fysiske forbindelse mellem toppen af ​​IC-pakken og kølepladen.

Hvis forbindelsen har en lille afstand, vil den termiske modstand af denne sti stige, og det er nødvendigt at fylde kontaktfladen med en termisk pude for at forbedre banens termiske ledningsevne.

Termisk styring kan reducere temperaturen på komponenterne i strømforsyningen og det interne miljø, hvilket kan forlænge produktets levetid og forbedre pålideligheden.

Men termisk styring er et integreret koncept, hvis det nedbrydes til detaljerne, er det et stort emne.

Det involverer afvejninger af størrelse, kraft, effektivitet, vægt, pålidelighed og omkostninger. Projektets prioritet og begrænsninger skal evalueres.