Thermal Management Technology Series: Power Cooling Management

Når elektroingeniører nevner begrepet"strømstyring", tenker de fleste på MOS-rør, omformere, transformatorer osv.

Faktisk er strømstyring mye mer enn det.

Strømforsyningen vil generere varme når den fungerer, og kontinuerlig temperaturøkning vil forårsake ytelsesendringer, som til slutt kan føre til systemfeil.

I tillegg vil varme forkorte levetiden til komponenter og påvirke langsiktig pålitelighet.

Derfor innebærer strømstyring også termisk styring. Når det gjelder termisk styring, er det to synspunkter som må forstås:

& quot;Mikro"|Problem

En enkelt komponent har overopphetet på grunn av overdreven varmeutvikling, men temperaturen på resten av systemet og kabinettet er innenfor grensen.

& quot;Makro"|Problem

Temperaturen i hele systemet er for høy på grunn av akkumulering av varme fra flere varmekilder.

Ingeniøren må bestemme hvor mange av de termiske styringsproblemene som er mikro og makro, og graden av korrelasjon mellom de to.

Den enkle forståelsen er at selv om temperaturstigningen til en varmegenererende komponent overskrider dens tillatte grense og får hele systemet til å varmes opp, betyr det ikke nødvendigvis at hele systemet er overopphetet, men overskuddsvarmen som genereres av komponenten må bli forsvunnet.

Så hvor blir det av varmen?

Spredt til et kaldere sted kan det være den tilstøtende delen av systemet og chassiset, eller det kan være utenfor chassiset (kun mulig når utetemperaturen er lavere enn den interne temperaturen).

Termisk styring følger de grunnleggende prinsippene for fysikk. Det er tre måter for varmeledning: stråling, ledning og konveksjon.

For de fleste elektroniske systemer er for å oppnå den nødvendige kjølingen først å la varmen forlate varmekilden ved ledning, og deretter overføre den til andre steder ved konveksjon.

Når du utfører termisk design, er det nødvendig å kombinere ulike termiske styringsmaskiner for å effektivt oppnå den nødvendige ledning og konveksjon.

Det er tre mest brukte kjølekomponenter: radiatorer, varmerør og vifter.

Radiatoren og varmerøret er passive kjølesystemer uten strømforsyning, mens viften er et aktivt tvungen luftkjølesystem.

Radiatoren er en aluminium- eller kobberstruktur som kan hente varme fra en varmekilde gjennom ledning og overføre varmen til luftstrømmen (i noen tilfeller til vann eller andre væsker) for å oppnå konveksjon.

Varmeavledere kommer i tusenvis av størrelser og former, fra små stemplede metallfinner som forbinder en enkelt transistor til store profiler med mange finner (fingre) som kan fange opp konvektiv luftstrøm og overføre varme til den.

Radiatoren har fordelene med ingen bevegelige deler, driftskostnader, feilmoduser osv.

Når radiatoren er koblet til varmekilden, ettersom den varme luften stiger, vil konveksjon naturlig forekomme, og dermed starte og fortsette å danne en luftstrøm.

Selv om radiatoren er enkel å bruke, er det noen ulemper: 1. Radiatoren som overfører stor varme er stor, kostbar og tung, og må plasseres riktig, noe som vil påvirke eller begrense den fysiske utformingen av kretskortet;

2. Finnene kan bli blokkert av støv i luftstrømmen, noe som reduserer effektiviteten;

3. Den må være riktig koblet til varmekilden slik at varmen kan strømme jevnt fra varmekilden til radiatoren.

Til slutt må modellering løse to problemer:

1. Problemet med topp- og gjennomsnittsspredning. For eksempel har en stabil komponent med en kontinuerlig termisk spredning på 1W og en enhet med en termisk spredning på 10W, men med en 10 % intermitterende driftssyklus, forskjellige termiske effekter.

Det vil si at den gjennomsnittlige varmespredningen er den samme, og den tilhørende varmemassen og varmestrømmen vil gi ulike varmefordelinger. De fleste CFD-applikasjoner kan kombinere statisk og dynamisk analyse.

2. Den ufullkomne fysiske forbindelsen mellom komponenter og overflaten til miniatyrmodellen, for eksempel den fysiske forbindelsen mellom toppen av IC-pakken og kjøleribben.

Hvis forbindelsen har en liten avstand, vil den termiske motstanden til denne banen øke, og det er nødvendig å fylle kontaktflaten med en termisk pute for å forbedre banens termiske ledningsevne.

Termisk styring kan redusere temperaturen på komponentene i strømforsyningen og det interne miljøet, noe som kan forlenge produktets levetid og forbedre påliteligheten.

Men termisk styring er et integrert konsept, hvis det brytes ned til detaljene, er det et stort emne.

Det innebærer avveininger av størrelse, kraft, effektivitet, vekt, pålitelighet og kostnad. Prioriteten og begrensningene til prosjektet må evalueres.