Projeto de resfriamento térmico para dispositivos de fonte de alimentação
Todos sabemos que o gerenciamento térmico é um aspecto importante do gerenciamento de energia. Ele precisa manter os componentes e sistemas dentro dos limites de temperatura. As soluções passivas começam com dissipadores de calor e tubos de calor e podem usar ventiladores para resfriamento ativo para melhorar o efeito de resfriamento.
A modelagem do sistema de nível de componente e nível de produto acabado permite que os projetistas façam uma análise aproximada de primeira ordem da estratégia de refrigeração. O uso de dinâmica de fluidos computacional para análises adicionais pode entender completamente a situação geral do calor e o impacto das mudanças na estratégia de refrigeração. Todas as soluções de gerenciamento térmico envolvem trade-offs em tamanho, potência, eficiência, peso, confiabilidade e custo, e devem avaliar as prioridades e restrições do projeto.
Todas as soluções de gerenciamento térmico seguem os princípios básicos da física. No modo de resfriamento, existem três formas de condução de calor: radiação, condução e convecção
Para a maioria dos sistemas eletrônicos, o resfriamento necessário é deixar o calor sair da fonte direta de calor por condução e depois transferi-lo para outros locais por convecção. O desafio do projeto é combinar vários hardwares de gerenciamento térmico para atingir efetivamente a condução e a convecção necessárias. Existem três elementos de resfriamento mais comumente usados: radiador, tubo de calor e ventilador. Radiadores e tubos de calor são sistemas de resfriamento passivos sem fonte de alimentação, que também incluem métodos de condução e convecção naturalmente induzidos. Em contraste, o ventilador é um sistema de refrigeração de ar forçado ativo.
Resfriamento do dissipador de calor:
O dissipador de calor é uma estrutura de alumínio ou cobre, que pode obter calor da fonte de calor por condução e transferir o calor para o fluxo de ar (em alguns casos, para água ou outros líquidos) para realizar a convecção. Os radiadores vêm em milhares de tamanhos e formas, desde pequenas aletas de metal estampadas conectando um único transistor a grandes extrusões com muitas aletas que podem interceptar e transferir calor para o fluxo de ar convectivo.
Uma das vantagens do dissipador de calor é que não há partes móveis, custos operacionais e modos de falha. Uma vez que um dissipador de calor de tamanho adequado esteja conectado à fonte de calor, à medida que o ar quente sobe, a convecção ocorrerá naturalmente, iniciando e continuando a formar o fluxo de ar. Portanto, essas vantagens são muito importantes ao usar um dissipador de calor para fornecer fluxo de ar suave entre a entrada e a saída da fonte de calor. Além disso, a entrada deve estar abaixo do radiador e a saída deve estar acima; Caso contrário, o ar quente ficará estagnado na fonte de calor, o que piorará ainda mais a situação.
Adicionando tubos de calor:
A função do tubo de calor é absorver o calor da fonte de calor e transferi-lo para a área mais fria, mas ele próprio não atua como um radiador. Quando não há espaço suficiente perto da fonte de calor para colocar o radiador ou o fluxo de ar é insuficiente, o tubo de calor pode ser usado. O tubo de calor tem alta eficiência e pode transferir calor da fonte para um local mais conveniente para o gerenciamento.
Adicionando ventilador de resfriamento:
Obviamente, os ventiladores aumentarão os custos, exigirão espaço e aumentarão o ruído do sistema. Como um dispositivo eletromecânico, o ventilador também está sujeito a falhas, o que consome energia e afeta a eficiência de todo o sistema. No entanto, em muitos casos, especialmente quando o caminho do fluxo de ar é curvo, vertical ou bloqueado, eles geralmente são a única maneira de obter fluxo de ar suficiente. Muitas aplicações usam ventiladores controlados termicamente que operam apenas quando necessário para reduzir a velocidade, reduzindo assim o consumo de energia, e usam lâminas que minimizam o ruído na velocidade de operação ideal.
Modelagem e simulação térmica:
A modelagem e a simulação são essenciais para uma estratégia de gerenciamento térmico eficiente para determinar quanto ar de resfriamento é necessário e como o resfriamento é obtido. O fluxo de ar através de várias fontes de calor pode ser dimensionado para manter sua temperatura abaixo do limite permitido. Usando a temperatura do ar, fluxo disponível de fluxo de ar não forçado, fluxo de ar do ventilador e outros fatores para cálculo básico, podemos entender aproximadamente a condição de temperatura.
Ao fazer alguns ajustes, os projetistas podem ver se portas de ar maiores exigem mais ar, determinar se outros caminhos de fluxo de ar são mais eficazes, identificar diferenças no uso de radiadores maiores ou diferentes, investigar o uso de tubos de calor para mover pontos quentes, etc. Esses pacotes de software de modelagem CFD podem gerar dados tabulares e imagens coloridas de dissipação de calor. Mudanças no tamanho do ventilador, fluxo de ar e posição também são fáceis de modelar.
Gerenciamento de energia também gerenciamento térmico, especialmente como o resfriamento das funções relacionadas à energia afetará o design térmico e o acúmulo de calor. Além disso, mesmo que os componentes e sistemas continuem funcionando dentro da faixa de especificação, o aumento da temperatura causará alterações de desempenho com a alteração dos parâmetros dos componentes. O superaquecimento também pode diminuir a vida útil dos componentes e, assim, diminuir o tempo médio entre falhas, o que também é um fator a ser considerado para garantir a confiabilidade a longo prazo.
