Cómo reducir la resistencia térmica de un dispositivo eléctrico.
A medida que el equipo se vuelve más potente y compacto, los ingenieros de diferentes industrias han realizado esfuerzos incansables en la gestión térmica de los productos electrónicos. Aunque existen muchas soluciones creativas que pueden eliminar energía térmica a través de dispositivos de conducción de calor de alta temperatura, como ventiladores, refrigeradores líquidos y tubos de conducción de calor, el dispositivo en sí también ha avanzado mucho para optimizar fundamentalmente el rendimiento térmico.
Temperatura de trabajo:
Al diseñar productos finales, como equipos IoT, herramientas médicas o dispositivos sensores industriales, casi todos los dispositivos toman como parámetro la temperatura ambiente máxima de funcionamiento. La temperatura ambiente máxima la establece el fabricante del dispositivo para garantizar que el rendimiento del equipo alcance un estándar aceptable y que las características físicas no se dañen. Por ejemplo, algunos transistores de conmutación pueden soportar cargas de potencia muy altas, pero sus uniones semiconductoras internas se derretirán si se exponen a una temperatura ambiente demasiado alta. Además, la temperatura afectará directamente a la conductividad del material. Si se excede la temperatura máxima de funcionamiento, se puede cambiar el rendimiento del dispositivo.
Retirar el calor de la fuente:
En los dispositivos con consumo de energía interno fijo y umbrales de temperatura ambiente, como la mayoría de los dispositivos de conversión de energía y circuitos integrados, la temperatura de la superficie de la carcasa depende de la resistencia térmica interna y la eficiencia de la transferencia de calor. La resistencia térmica interna describe la eficiencia de la transferencia de calor desde la fuente de calor a la superficie del dispositivo. Sin embargo, cuando la mayoría de las personas piensan en la gestión del calor, piensan en la eficiencia de la transferencia de calor desde los dispositivos al medio ambiente, transferencia de calor por convección, conductividad o radiación. Estos métodos suelen ser intercambiadores de calor pasivos, ventiladores, sistemas de refrigeración líquida, tubos de calor y disipadores de calor.
La mejor manera de mantener una buena temperatura de la carcasa es cambiar directamente la resistencia térmica interna del equipo y la eficiencia de la disipación de calor al entorno circundante. Un dispositivo de gestión térmica perfecto tiene resistencia térmica cero y disipación de calor infinita. Sin embargo, debido a que los dispositivos están hechos de materiales reales, cada material tiene sus propias características únicas de resistencia térmica y ningún sistema puede transferir calor perfectamente, los diseñadores de sistemas deben intentar optimizar el rendimiento térmico de cada dispositivo clave desde la etapa inicial del diseño.
Variable fija:
Como sabemos, los distintos parámetros de la aplicación suelen ser fijos, por lo que es necesario desarrollar el diseño para cumplir con estos requisitos. En algunos casos, la eficiencia del dispositivo, la temperatura ambiente y el mecanismo de transferencia de calor del sistema dependen de la aplicación final. En muchos casos, para que el dispositivo alcance condiciones de funcionamiento aceptables y una temperatura de carcasa baja, la única forma es mejorar el diseño térmico interno y seleccionar el dispositivo con baja resistencia térmica interna.
