Hay tres métodos efectivos para enfriar un módulo de potencia
Hay tres métodos básicos para la transferencia de energía del módulo de potencia desde un área de alta temperatura a un área de baja temperatura: radiación, transmisión y convección.
Radiación: Transferencia de calor por inducción electromagnética entre dos objetos de diferente temperatura.
Transmisión: Transferencia de calor a través de un medio sólido.
Convección: Transferencia de calor a través de un medio fluido (aire).
1, disipación de calor por radiación
Cuando se enfrentan dos interfaces de diferentes temperaturas, se produce una continua transferencia de calor por radiación.
La influencia final de la radiación sobre la temperatura de algunos objetos depende de muchos factores: la diferencia de temperatura de cada componente, la orientación de los componentes relacionados, la suavidad de la superficie de los componentes y el espacio entre ellos.
Debido a que no hay forma de cuantificar este factor, junto con la influencia del intercambio de energía cinética radiante del propio entorno circundante, es difícil calcular el daño de la radiación a la temperatura, que es complicado y difícil de calcular con precisión.
En la aplicación específica del módulo de control del convertidor de potencia de conmutación, es poco probable que la disipación de calor radiante se utilice solo como modo de enfriamiento del convertidor.
En la mayoría de los casos, la fuente de radiación solo disipa el 10 por ciento o menos del calor total. Por lo tanto, la disipación de calor por radiación generalmente es solo una forma auxiliar además del método de disipación de calor clave, y el esquema de diseño térmico generalmente no considera su influencia en la temperatura del módulo de potencia.
En la aplicación específica, la temperatura del módulo de control del convertidor es más alta que la temperatura ambiente natural, por lo que la transferencia de energía cinética de radiación conduce a la disipación de calor.
Sin embargo, en algunos casos, la temperatura de algunas fuentes de calor alrededor del módulo de control (placa de dispositivos electrónicos, resistencia de alta potencia, etc.) es más alta que la del módulo de potencia, y el calor radiante de estos objetos hará que la temperatura aumente. de la subida del módulo de control.
En el esquema de diseño de disipación de calor, las posiciones relativas de los componentes periféricos del módulo de control del convertidor deben organizarse científicamente de acuerdo con la influencia de la radiación de calor.
Cuando el elemento calefactor está cerca del módulo de control del convertidor, para debilitar el efecto de calentamiento de la fuente de radiación, la aleta delgada del escudo térmico debe insertarse entre el módulo de control y el elemento calefactor.
2, disipación de calor de transmisión
En muchas aplicaciones, el calor generado por el sustrato del módulo de potencia se transfiere a superficies de disipación de calor distantes mediante componentes de transferencia de calor.
De esta forma, la temperatura del sustrato de la PSU será igual a la temperatura de la superficie de enfriamiento, la temperatura del componente de transferencia de calor y la suma de las temperaturas de las dos superficies.
La resistencia térmica de los componentes de transferencia de calor es proporcional a la longitud L entre los dos, e inversamente proporcional al área de la sección transversal y la tasa de transferencia de calor entre los dos, utilizando materias primas apropiadas y el área de la sección transversal, pero también puede reducir efectivamente el resistencia térmica de los componentes de transferencia de calor.
Cuando el espacio y el costo de la instalación sean aceptables, se debe usar el disipador de calor con la menor resistencia térmica.
Debe tenerse en cuenta que cuando la temperatura del sustrato de la fuente de alimentación se reduce ligeramente, el tiempo medio hasta el fallo (MTBF) aumentará significativamente.
La producción y fabricación de materias primas para el disipador de calor es el factor clave que afecta la eficiencia. Debemos prestar atención a muchos aspectos a la hora de seleccionar.
En la mayoría de las aplicaciones, el calor generado por el módulo de potencia se transferirá desde el sustrato al radiador oa los componentes de transferencia de calor.
Sin embargo, se debe controlar la diferencia de temperatura entre la superficie del sustrato del módulo de potencia y el componente de transferencia de calor. La resistencia térmica está conectada en serie en el circuito de control de disipación de calor. La temperatura del sustrato debe ser la suma de la temperatura de la superficie y la temperatura del componente de transferencia de calor.
Si no se controla, el aumento de la temperatura de la superficie será muy notable.
El área de la superficie total debe ser lo más grande posible y la suavidad de la superficie debe estar dentro de las 5 milésimas de pulgada (0,005 pies).
Para eliminar mejor la superficie convexa y cóncava, puede rellenar la superficie con adhesivo térmico o almohadilla de transferencia de calor.
Con las medidas adecuadas, la resistencia térmica de la superficie se puede reducir a menos de 0,1 grado/W.
La temperatura se puede reducir y TAmax se puede aumentar solo reduciendo la disipación de calor y la resistencia térmica (RTH) o el consumo de energía (Ploss). La potencia máxima de la fuente de alimentación conmutada está relacionada con la temperatura de aplicación. Los principales parámetros que influyen incluyen la pérdida de potencia de salida Ploss, la resistencia térmica RTH y la temperatura máxima de la carcasa de potencia de conmutación TC.
La fuente de alimentación conmutada con la mejor eficiencia y disipación de calor tiene una temperatura más baja.
En potencia de salida nominal, su temperatura útil será excedente.
La fuente de alimentación conmutada con baja eficiencia o disipación de calor débil tiene una temperatura más alta.
Deben ser enfriados por aire o reducidos para su aplicación.
3, disipación de calor por convección
La disipación de calor por convección es la forma más común de disipación de calor en los convertidores de potencia AEP. La convección generalmente se divide en convección natural y convección forzada.
Transferencia de calor desde la superficie del bloque caliente a la temperatura más baja del gas estático circundante, llamada convección natural;
La transferencia de calor desde la superficie del bloque caliente al gas líquido se denomina convección forzada.
Las ventajas de la convección natural son muy fáciles de lograr, sin ventilador eléctrico, menor costo y alta credibilidad de disipación de calor.
Sin embargo, el volumen de disipador de calor requerido para lograr la misma temperatura del sustrato es muy grande en comparación con la convección forzada.
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