Serie de tecnología de gestión térmica: Gestión de refrigeración de energía
Cuando los ingenieros eléctricos mencionan el término&"administración de energía &", la mayoría de la gente piensa en tubos MOS, convertidores, transformadores, etc.
De hecho, la administración de energía es mucho más que eso.
La fuente de alimentación generará calor cuando esté funcionando y el aumento continuo de la temperatura provocará cambios en el rendimiento, lo que eventualmente puede provocar fallas en el sistema.
Además, el calor acortará la vida útil de los componentes y afectará la confiabilidad a largo plazo.
Por lo tanto, la gestión de energía también implica la gestión térmica. En cuanto a la gestión térmica, hay dos puntos de vista que es necesario comprender:
& quot; Micro"|Problema
Un solo componente se ha sobrecalentado debido a la generación excesiva de calor, pero la temperatura del resto del sistema y la carcasa está dentro del límite.
& quot; Macro"|Problema
La temperatura de todo el sistema es demasiado alta debido a la acumulación de calor de múltiples fuentes de calor.
El ingeniero debe determinar cuántos de los problemas de gestión térmica son micro y macro, y el grado de correlación entre los dos.
El simple entendimiento es que incluso si el aumento de temperatura de un componente generador de calor excede su límite permisible y hace que todo el sistema se caliente, no significa necesariamente que todo el sistema esté sobrecalentado, pero el exceso de calor generado por el componente debe ser disipado.
Entonces, ¿a dónde va el calor?
Dispersos a un lugar más frío, puede ser la parte adyacente del sistema y el chasis, o puede estar fuera del chasis (solo es posible cuando la temperatura exterior es más baja que la temperatura interna).
La gestión térmica sigue los principios básicos de la física. Hay tres formas de conducción de calor: radiación, conducción y convección.
Para la mayoría de los sistemas electrónicos, lograr el enfriamiento requerido es primero dejar que el calor salga de la fuente de calor por conducción y luego transferirlo a otros lugares por convección.
Al realizar el diseño térmico, es necesario combinar varios hardware de gestión térmica para lograr de manera efectiva la conducción y convección requeridas.
Hay tres componentes de refrigeración más utilizados: radiadores, tubos de calor y ventiladores.
El radiador y la tubería de calor son sistemas de enfriamiento pasivo sin fuente de alimentación, mientras que el ventilador es un sistema de enfriamiento de aire forzado activo.
El radiador es una estructura de aluminio o cobre que puede obtener calor de una fuente de calor por conducción y transferir el calor al flujo de aire (en algunos casos, al agua u otros líquidos) para lograr la convección.
Los disipadores de calor vienen en miles de tamaños y formas, desde pequeñas aletas de metal estampadas que conectan un solo transistor hasta grandes extrusiones con muchas aletas (dedos) que pueden interceptar el flujo de aire convectivo y transferirle calor.
El radiador tiene las ventajas de no tener partes móviles, costos operativos, modos de falla, etc.
Una vez que el radiador está conectado a la fuente de calor, a medida que sube el aire caliente, la convección se producirá naturalmente, comenzando y continuando formando un flujo de aire.
Aunque el radiador es fácil de usar, existen algunos inconvenientes: 1. El radiador que transmite mucho calor es grande, costoso y pesado, y debe colocarse correctamente, lo que afectará o limitará el diseño físico de la placa de circuito;
2. Las aletas pueden quedar bloqueadas por el polvo en el flujo de aire, lo que reduce la eficiencia;
3. Debe estar correctamente conectado a la fuente de calor para que el calor pueda fluir desde la fuente de calor al radiador sin problemas.
Finalmente, el modelado tiene que resolver dos problemas:
1. El problema de la disipación máxima y media. Por ejemplo, un componente de estado estacionario con una disipación térmica continua de 1W y un dispositivo con una disipación térmica de 10W pero con un ciclo de trabajo intermitente del 10% tienen diferentes efectos térmicos.
Es decir, la disipación de calor promedio es la misma, y la masa de calor y el flujo de calor relacionados producirán distribuciones de calor diferentes. La mayoría de las aplicaciones de CFD pueden combinar análisis estático y dinámico.
2. La conexión física imperfecta entre los componentes y la superficie del modelo en miniatura, como la conexión física entre la parte superior del paquete de CI y el disipador de calor.
Si la conexión tiene una distancia pequeña, la resistencia térmica de este camino aumentará y es necesario llenar la superficie de contacto con una almohadilla térmica para mejorar la conductividad térmica del camino.
La gestión térmica puede reducir la temperatura de los componentes en la fuente de alimentación y el entorno interno, lo que puede prolongar la vida útil del producto y mejorar la confiabilidad.
Pero la gestión térmica es un concepto integrado, si se divide en minucias, es un tema enorme.
Implica las compensaciones de tamaño, potencia, eficiencia, peso, confiabilidad y costo. Se deben evaluar la prioridad y las limitaciones del proyecto.
