Projeto térmico da fonte de alimentação SBC

O computador de placa única (SBC) representa uma solução integrada fácil para muitos problemas de controle. A popularidade dessa ideia levou a um aumento no número de produtos SBC no mercado, que cobrem uma ampla gama de requisitos de desempenho e custo, desde soluções baseadas em microcontroladores relativamente simples até processadores complexos, mas compactos, de alto desempenho e portas híbridas programáveis ​​em campo. matrizes. Em geral, a necessidade de empacotar uma grande quantidade de desempenho de computação em um pequeno espaço apresenta desafios no design do invólucro e do pacote e tem um efeito em cadeia no subsistema de fornecimento de energia.

O calor tem um impacto direto no desempenho dos sistemas eletrônicos. Circuitos eletrônicos, especialmente aqueles usados ​​para conversão e transmissão de energia, geralmente funcionam de forma mais eficiente em temperaturas mais baixas e, por sua vez, tendem a dissipar menos energia na forma de calor residual. À medida que a potência de saída de todo o sistema aumenta, o ganho de eficiência que pode ser obtido pelo resfriamento eficaz aumenta significativamente.

A operação do refrigerador também terá uma reação em cadeia na confiabilidade. Se o sistema for operado a uma temperatura mais baixa, a probabilidade de falha dos mesmos em um determinado tempo será reduzida. Esses fatores tornam importante considerar todas as possibilidades ao analisar as opções de projeto de fonte de alimentação, como resfriamento e carga versus curvas de eficiência. Existem três formas principais de dissipação de calor para unidades eletrônicas, como fonte de alimentação: radiação, convecção e condução. Para sistemas eletrônicos usados ​​na maioria dos ambientes, a convecção e a condução são as mais importantes.

Por convecção, quando a energia é transferida dos componentes sólidos do sistema para as moléculas de ar, o calor será transferido da fonte de alimentação. A taxa de perda de calor é proporcional à velocidade do ar que flui através do sistema. Portanto, o resfriamento forçado do ar fornecerá um maior grau de resfriamento do que o movimento natural gerado pelo conjunto térmico que transfere energia para as moléculas de ar.

A condução através do substrato da PCB ou do chassi do sistema fornece uma maneira adicional de dissipar o calor da fonte de alimentação, embora seja tradicionalmente considerada menos importante do que a convecção. Além disso, no sistema baseado em SBC, também é importante que o calor da fonte de alimentação não possa ser transferido para o complexo processador, pois aumentará a possibilidade do dispositivo entrar em desligamento térmico para se proteger em condições de alta carga.

Geralmente, o alto teor de cobre do PCB e o metal no invólucro ajudam a fornecer um bom caminho para o calor fluir da fonte de alimentação por condução. Os radiadores instalados fora do gabinete ajudarão a transferir o calor do sistema para locais onde ele pode ser perdido por convecção. Recomenda-se preencher qualquer espaço entre o equipamento a ser resfriado com um adesivo termicamente condutor e maximizar a transferência de calor do equipamento para o radiador. Parafusos ou braçadeiras aumentam a pressão de contato, o que também melhora a transferência de calor para o dissipador de calor.

A direção da fonte de alimentação no sistema também afetará o desempenho do resfriamento, dependendo do layout dos componentes internos. Como o ar quente tende a subir, a fonte de alimentação instalada sob o SBC tende a transferir calor para os componentes do complexo do processador. Se a placa for instalada verticalmente e a fonte de alimentação estiver na lateral, a influência do ar quente será menor. No entanto, os componentes sensíveis ao calor podem ser melhor colocados na parte inferior da unidade.

Quando dissipadores de calor são usados ​​internamente, as aletas do maior dissipador de calor devem estar paralelas à direção do fluxo de ar. Naturalmente, o fluxo de ar será limitado por obstáculos, o que precisa ser considerado. A maneira como o ar sai do sistema ajudará a determinar a eficiência do fluxo de ar. Para evitar o acúmulo de pressão e reduzir a eficiência do ventilador, a área da seção transversal da saída de ar deve ser pelo menos 50% maior que a área da seção transversal da entrada.

Considerando esses fatores, considerando os parâmetros térmicos projetados em todo o sistema, os projetistas podem não apenas fazer uso total da disponibilidade do SBC de alto desempenho, mas também fazer uso total dos conversores de energia disponíveis no mercado.