Sèrie de tecnologia de gestió tèrmica: gestió de refrigeració elèctrica
Quan els enginyers elèctrics esmenten el terme"gestió d'energia", la majoria de la gent pensa en tubs MOS, convertidors, transformadors, etc.
De fet, la gestió de l'energia és molt més que això.
La font d'alimentació generarà calor quan estigui funcionant i l'augment continu de la temperatura provocarà canvis de rendiment, que eventualment poden provocar fallades del sistema.
A més, la calor escurçarà la vida útil dels components i afectarà la fiabilitat a llarg termini.
Per tant, la gestió de l'energia també implica la gestió tèrmica. Pel que fa a la gestió tèrmica, hi ha dos punts de vista que cal entendre:
& quot;Micro"|Problema
Un sol component s'ha sobreescalfat a causa de la generació excessiva de calor, però la temperatura de la resta del sistema i de la carcassa està dins del límit.
& quot;Macro"|Problema
La temperatura de tot el sistema és massa alta a causa de l'acumulació de calor de múltiples fonts de calor.
L'enginyer ha de determinar quants dels problemes de gestió tèrmica són micro i macro, i el grau de correlació entre tots dos.
La comprensió senzilla és que, fins i tot si l'augment de temperatura d'un component generador de calor supera el seu límit admissible i fa que tot el sistema s'escalfi, no vol dir necessàriament que tot el sistema estigui sobreescalfat, sinó que l'excés de calor generat pel component ha de ser dissipada.
Llavors, on va la calor?
Escampat a un lloc més fred, pot ser la part adjacent del sistema i el xassís, o pot estar fora del xassís (només és possible quan la temperatura exterior és inferior a la temperatura interna).
La gestió tèrmica segueix els principis bàsics de la física. Hi ha tres maneres de conducció de calor: radiació, conducció i convecció.
Per a la majoria de sistemes electrònics, per aconseguir el refredament requerit és primer deixar que la calor surti de la font de calor per conducció i després transferir-la a altres llocs per convecció.
Quan es realitza el disseny tèrmic, és necessari combinar diversos maquinari de gestió tèrmica per aconseguir eficaçment la conducció i la convecció requerides.
Hi ha tres components de refrigeració més utilitzats: radiadors, tubs de calor i ventiladors.
El radiador i el tub de calor són sistemes de refrigeració passius sense font d'alimentació, mentre que el ventilador és un sistema de refrigeració d'aire forçat actiu.
El radiador és una estructura d'alumini o coure que pot obtenir calor d'una font de calor per conducció i transferir la calor al flux d'aire (en alguns casos, a l'aigua o altres líquids) per aconseguir la convecció.
Els dissipadors de calor 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 (dits) que poden interceptar el flux d'aire convectiu i transferir-hi calor.
El radiador té els avantatges de no tenir peces mòbils, costos operatius, modes de fallada, etc.
Un cop connectat el radiador a la font de calor, a mesura que l'aire calent puja, es produirà de manera natural la convecció, començant i continuant formant un flux d'aire.
Tot i que el radiador és fàcil d'utilitzar, hi ha alguns inconvenients: 1. El radiador que transmet gran calor és gran, costós i pesat, i s'ha de col·locar correctament, la qual cosa afectarà o limitarà la disposició física de la placa de circuit;
2. Les aletes poden estar bloquejades per la pols del flux d'aire, reduint l'eficiència;
3. Ha d'estar connectat correctament a la font de calor perquè la calor pugui fluir de la font de calor al radiador sense problemes.
Finalment, el modelatge ha de resoldre dos problemes:
1. El problema de la dissipació màxima i mitjana. Per exemple, un component en estat estacionari amb una dissipació tèrmica contínua d'1 W i un dispositiu amb una dissipació tèrmica de 10 W però amb un cicle de treball intermitent del 10% tenen efectes tèrmics diferents.
És a dir, la dissipació de calor mitjana és la mateixa, i la massa de calor i el flux de calor relacionats produiran distribucions de calor diferents. La majoria de les aplicacions CFD poden combinar anàlisi estàtica i dinàmica.
2. La connexió física imperfecta entre els components i la superfície del model en miniatura, com ara la connexió física entre la part superior del paquet IC i el dissipador de calor.
Si la connexió té una petita distància, la resistència tèrmica d'aquest camí augmentarà i és necessari omplir la superfície de contacte amb un coixinet tèrmic per millorar la conductivitat tèrmica del camí.
La gestió tèrmica pot reduir la temperatura dels components de la font d'alimentació i de l'entorn intern, cosa que pot allargar la vida útil del producte i millorar la fiabilitat.
Però la gestió tèrmica és un concepte integrat, si es desglossa en les minuciositats, és un tema enorme.
Implica els compromisos de mida, potència, eficiència, pes, fiabilitat i cost. S'han d'avaluar la prioritat i les limitacions del projecte.
