Disseny de refrigeració tèrmica per a dispositius d'alimentació
Tots sabem que la gestió tèrmica és un aspecte important de la gestió de l'energia. Ha de mantenir components i sistemes dins dels límits de temperatura. Les solucions passives comencen amb dissipadors de calor i tubs de calor, i poden utilitzar ventiladors per a la refrigeració activa per millorar l'efecte de refrigeració.
El modelatge del sistema a nivell de components i producte acabat permet als dissenyadors fer una anàlisi aproximada de primer ordre de l'estratègia de refrigeració. L'ús de la dinàmica de fluids computacional per a una anàlisi posterior pot entendre completament la situació general de la calor i l'impacte dels canvis en l'estratègia de refrigeració. Totes les solucions de gestió tèrmica impliquen compensacions en mida, potència, eficiència, pes, fiabilitat i cost, i han d'avaluar les prioritats i les limitacions del projecte.
Totes les solucions de gestió tèrmica segueixen els principis bàsics de la física. En el mode de refrigeració, hi ha tres maneres de conducció de calor: radiació, conducció i convecció
Per a la majoria de sistemes electrònics, el refredament necessari per aconseguir és deixar que la calor surti de la font de calor directa per conducció i després transferir-la a altres llocs per convecció. El repte del disseny és combinar diversos maquinari de gestió tèrmica per aconseguir eficaçment la conducció i la convecció requerides. Hi ha tres elements de refrigeració més utilitzats: radiador, tub de calor i ventilador. Els radiadors i les canonades de calor són sistemes de refrigeració passius sense font d'alimentació, que també inclouen mètodes de conducció i convecció induïts de manera natural. En canvi, el ventilador és un sistema de refrigeració d'aire forçat actiu.
Refrigeració del dissipador de calor:
El dissipador de calor és una estructura d'alumini o coure, que pot obtenir calor de la font de calor mitjançant la conducció i transferir la calor al flux d'aire (en alguns casos, a l'aigua o altres líquids) per realitzar la convecció. Els radiadors tenen milers de mides i formes, des de petites aletes metàl·liques estampades que connecten un únic transistor fins a grans extrusions amb moltes aletes que poden interceptar i transferir calor al flux d'aire convectiu.
Un dels avantatges del dissipador de calor és que no hi ha peces mòbils, ni costos operatius ni modes de fallada. Un cop connectat un radiador de mida adequada a la font de calor, a mesura que l'aire calent puja, la convecció es produirà de manera natural, començant i continuant formant flux d'aire. Per tant, aquests avantatges són molt importants quan s'utilitza un dissipador de calor per proporcionar un flux d'aire suau entre l'entrada i la sortida de la font de calor. A més, l'entrada ha d'estar per sota del radiador i la sortida ha d'estar a sobre; En cas contrari, l'aire calent s'estancarà a la font de calor, cosa que empitjorarà encara més la situació.
Afegir tubs de calor:
La funció del tub de calor és absorbir la calor de la font de calor i transferir-la a la zona més freda, però no actua com a radiador. Quan no hi ha prou espai a prop de la font de calor per col·locar el radiador o el flux d'aire és insuficient, es pot utilitzar el tub de calor. El tub de calor té una alta eficiència i pot transferir calor de la font a un lloc més convenient per a la gestió.
Afegir un ventilador de refrigeració:
Òbviament, els ventiladors augmentaran els costos, requeriran espai i augmentaran el soroll del sistema. Com a dispositiu electromecànic, el ventilador també és propens a fallar, la qual cosa consumeix energia i afecta l'eficiència de tot el sistema. No obstant això, en molts casos, especialment quan la trajectòria del flux d'aire és corba, vertical o bloquejada, solen ser l'única manera d'obtenir un flux d'aire suficient. Moltes aplicacions utilitzen ventiladors controlats tèrmicament que funcionen només quan és necessari per reduir la velocitat, reduint així el consum d'energia i utilitzen pales que minimitzen el soroll a la velocitat de funcionament òptima.
Modelatge i simulació tèrmica:
El modelatge i la simulació són essencials per a una estratègia de gestió tèrmica eficient per determinar la quantitat d'aire de refrigeració necessària i com s'aconsegueix la refrigeració. El flux d'aire a través de diverses fonts de calor es pot dimensionar per mantenir la seva temperatura per sota del límit permès. Utilitzant la temperatura de l'aire, el flux disponible de flux d'aire no forçat, el flux d'aire del ventilador i altres factors per al càlcul bàsic, podem entendre aproximadament l'estat de la temperatura.
En fer alguns ajustos, els dissenyadors poden veure si els ports d'aire més grans requereixen més aire, determinar si altres vies de flux d'aire són més efectives, identificar diferències en l'ús de radiadors més grans o diferents, investigar l'ús de tubs de calor per moure punts calents, etc. Aquests paquets de programari de modelatge CFD poden generar dades tabulars i imatges en color de la dissipació de calor. Els canvis en la mida del ventilador, el flux d'aire i la posició també són fàcils de modelar.
La gestió de l'energia també la gestió tèrmica, especialment com la refrigeració de les funcions relacionades amb l'energia afectarà el disseny tèrmic i l'acumulació de calor. A més, fins i tot si els components i sistemes continuen funcionant dins del rang d'especificacions, l'augment de la temperatura provocarà canvis de rendiment amb el canvi dels paràmetres dels components. El sobreescalfament també pot escurçar la vida útil dels components i, per tant, escurçar el temps mitjà entre fallades, que també és un factor a tenir en compte per garantir la fiabilitat a llarg termini.
