Tres métodos efectivos para la disipación de calor de módulos de potencia
Hay tres métodos básicos para la transferencia de energía del módulo de potencia del área de alta temperatura al área de baja temperatura: radiación, transmisión y convección.
Radiación:
La transferencia de inducción electromagnética de calor generado entre dos bloques de diferentes temperaturas.
Transmisión:
La transferencia de generación de calor a través de un medio sólido.
Convección:
La transferencia de calor a través de un medio fluido (gas).
En una variedad de aplicaciones específicas, los tres métodos de transferencia de calor a menudo tienen diferentes niveles de efecto. En la mayoría de las aplicaciones, la convección es el método de transferencia de calor más crítico. Si se agregan los otros dos métodos de disipación de calor, el efecto real será mejor. Sin embargo, en algunas situaciones, estos dos métodos también pueden tener efectos contraproducentes. Por lo tanto, al diseñar un sistema de disipación de calor de alta calidad, se consideran cuidadosamente los tres métodos de transferencia de calor.
módulo de alimentación
1, fuente de radiación, disipación de calor
Cuando dos interfaces con diferentes temperaturas se enfrentan entre sí, causará una transferencia continua de radiación de calor.
La influencia final de la radiación en la temperatura de ciertos bloques está determinada por muchos factores: la diferencia de temperatura de varios componentes, la orientación de los componentes relacionados, la suavidad de la superficie de los componentes y su espaciado mutuo, etc.
Debido a que no hay forma de analizar cuantitativamente este elemento, además de la influencia del propio intercambio de energía cinética radiativa del entorno circundante, es muy complicado medir el daño de la radiación a la temperatura, y es difícil calcular con precisión.
En la aplicación específica del módulo de control del convertidor de potencia de conmutación, es poco probable que se base únicamente en la disipación de calor radiante como método de enfriamiento del convertidor.
En la mayoría de los casos, la fuente radiante solo disipa el 10% o menos de la generación total de calor. Por lo tanto, el calor radiante generalmente solo se usa como un método auxiliar además del método clave de disipación de calor, y generalmente no se considera en el plan de diseño térmico. La influencia de la temperatura del módulo de fuente de alimentación. En aplicaciones específicas, la temperatura del módulo de control del convertidor general es más alta que la temperatura ambiente natural. Por lo tanto, la transferencia de energía cinética radiante es propicia para la disipación de calor. Sin embargo, en algunas condiciones, la temperatura de algunas fuentes de calor (placas de dispositivos electrónicos, resistencias de alta potencia, etc.) alrededor del módulo de control es más alta que la temperatura del módulo de potencia, y el calor radiante de estos objetos aumentará la temperatura del módulo de control.
En el plan 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 que causará la radiación de calor. Cuando los componentes calientes están cerca del módulo de control del convertidor, para debilitar el efecto de calentamiento de la fuente de radiación, las aletas delgadas de la placa de aislamiento térmico deben insertarse entre el módulo de control y los componentes calientes.
2, disipación de calor de transmisión
En muchas aplicaciones, el calor generado en el sustrato del módulo de potencia debe transferirse a una superficie de disipación de calor larga a través de componentes de transferencia de calor. De esa manera, la temperatura del sustrato del módulo de potencia será equivalente a la suma de la temperatura de la superficie de disipación de calor, la temperatura de los componentes de transferencia de calor y la temperatura de ambas 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 sección transversal y la tasa de transferencia de calor entre los dos. El uso de materias primas apropiadas y áreas de sección transversal también puede reducir efectivamente la resistencia térmica de los componentes de transferencia de calor. Cuando se permite el espacio de instalación y el costo, se debe usar el radiador con la menor resistencia térmica. Debe tenerse en cuenta que si la temperatura del sustrato del módulo de potencia disminuye ligeramente, el tiempo medio entre fallos (MTBF) aumentará significativamente.
Las materias primas para la producción de disipadores de calor son un elemento clave que afecta a la eficiencia, por lo que debe prestar atención a muchos aspectos al seleccionar. En la mayoría de las aplicaciones, el calor generado por el módulo de potencia se transferirá del sustrato al disipador de calor o a los componentes de transferencia de calor. Sin embargo, habrá una diferencia de temperatura en la superficie entre el sustrato del módulo de potencia y los componentes de transferencia de calor. Este tipo de diferencia de temperatura debe ser controlada.
La resistencia térmica se conecta en serie en el bucle de control de disipación de calor. La temperatura del sustrato debe ser la temperatura de la superficie y los componentes de transferencia de calor. La suma de la temperatura. Si no se controla, el aumento de temperatura de la superficie será muy obvio. El área de superficie total debe ser lo más grande posible, y la suavidad de la superficie debe estar dentro de 5 mils (0.005 pies). Para eliminar mejor el desnivel de la superficie, puede llenar la superficie con pegamento conductor térmico o almohadilla de transferencia de calor. ) Después de tomar las contramedidas adecuadas, la resistencia térmica superficial puede reducirse a menos de 0,1 °C/W. Solo reduciendo la resistencia térmica de disipación de calor (RTH) o reduciendo el consumo de energía (Ploss) se puede reducir la temperatura y aumentar el TAmax.
La potencia máxima de la fuente de alimentación de conmutación está relacionada con la temperatura de la escena de aplicación. Los principales parámetros que afectan a la pérdida de potencia de salida Ploss, la resistencia térmica RTH y la fuente de alimentación de conmutación más alta Case temperature TC. La fuente de alimentación de conmutación con alta eficiencia y mejor disipación de calor tendrá una temperatura más baja. Cuando la potencia de salida nominal es de salida, su temperatura utilizable será marginal. La temperatura de una fuente de alimentación conmutada con menor eficiencia o disipación de calor débil será mayor. Deben ser aplicaciones refrigeradas por aire o degradadas.
3, disipación de calor por convección
La disipación de calor por convección es el método de disipación de calor más utilizado para los convertidores de potencia Aipu. La convección generalmente se divide en convección natural y convección forzada. La transferencia de calor de la superficie del bloque caliente al gas estático circundante a una temperatura más baja se denomina convección natural; la transferencia de calor desde la superficie del bloque caliente al gas fluido se denomina convección forzada. Las ventajas de la convección natural son que es muy fácil de implementar, no requiere ventiladores eléctricos, es de bajo costo y tiene una alta confiabilidad en la disipación de calor. Sin embargo, a diferencia de la convección forzada, para lograr la misma temperatura del sustrato, se requiere un gran disipador de calor.
El diseño del radiador de convección natural también debe prestar atención a lo siguiente:
En general, solo se dan los parámetros principales de los disipadores de calor verticales para los disipadores de calor. El efecto real de disipación de calor del disipador de calor horizontal es débil. Si se requiere una instalación horizontal, el área del radiador debe aumentarse adecuadamente y también se puede utilizar la disipación forzada de calor por convección.
