Série de tecnologia de gerenciamento térmico: gerenciamento de resfriamento de energia

Quando os engenheiros elétricos mencionam o termo" gerenciamento de energia" ;, a maioria das pessoas pensa em tubos MOS, conversores, transformadores, etc.

Na verdade, o gerenciamento de energia é muito mais do que isso.

A fonte de alimentação gerará calor quando estiver funcionando e o aumento contínuo da temperatura causará alterações de desempenho, o que pode levar a falhas do sistema.

Além disso, o calor encurta a vida útil dos componentes e afeta a confiabilidade a longo prazo.

Portanto, o gerenciamento de energia também envolve o gerenciamento térmico. Em relação ao gerenciamento térmico, existem dois pontos de vista que precisam ser entendidos:

& Micro"|Problema

Um único componente superaqueceu devido à geração excessiva de calor, mas a temperatura do resto do sistema e do gabinete está dentro do limite.

& quot; Macro"|Problema

A temperatura de todo o sistema está muito alta devido ao acúmulo de calor de várias fontes de calor.

O engenheiro precisa determinar quantos problemas de gerenciamento térmico são micro e macro e o grau de correlação entre os dois.

O entendimento simples é que mesmo que o aumento de temperatura de um componente gerador de calor exceda seu limite permitido e faça com que todo o sistema aqueça, isso não significa necessariamente que todo o sistema está superaquecido, mas o excesso de calor gerado pelo componente deve ser dissipado.

Então, para onde vai o calor?

Espalhado para um local mais frio, pode ser a parte contígua do sistema e do chassi, ou pode estar fora do chassi (somente possível quando a temperatura externa for inferior à interna).

O gerenciamento térmico segue os princípios básicos da física. Existem três formas de condução de calor: radiação, condução e convecção.

Para a maioria dos sistemas eletrônicos, atingir o resfriamento necessário é primeiro deixar o calor sair da fonte de calor por condução e, em seguida, transferi-lo para outros lugares por convecção.

Ao realizar o projeto térmico, é necessário combinar vários hardwares de gerenciamento térmico para atingir efetivamente a condução e convecção necessárias.

Existem três componentes de resfriamento mais comumente usados: radiadores, tubos de calor e ventiladores.

O radiador e o tubo de calor são sistemas de resfriamento passivos sem fonte de alimentação, enquanto o ventilador é um sistema de resfriamento de ar forçado ativo.

O radiador é uma estrutura de alumínio ou cobre que pode obter calor de uma fonte de calor por meio da condução e transferir o calor para o fluxo de ar (em alguns casos, para água ou outros líquidos) para obter convecção.

Os dissipadores de calor vêm em milhares de tamanhos e formas, desde pequenas aletas de metal estampadas que conectam um único transistor a grandes extrusões com muitas aletas (dedos) que podem interceptar o fluxo de ar convectivo e transferir calor para ele.

O radiador tem as vantagens de não ter partes móveis, custos operacionais, modos de falha, etc.

Uma vez que o radiador esteja conectado à fonte de calor, conforme o ar quente sobe, a convecção ocorrerá naturalmente, iniciando e continuando a formar um fluxo de ar.

Embora o radiador seja fácil de usar, existem algumas desvantagens: 1. O radiador que transmite grande calor é grande, caro e pesado e deve ser colocado corretamente, o que afetará ou limitará o layout físico da placa de circuito;

2. As aletas podem estar bloqueadas por poeira no fluxo de ar, reduzindo a eficiência;

3. Deve ser conectado corretamente à fonte de calor para que o calor possa fluir da fonte de calor para o radiador suavemente.

Finalmente, a modelagem deve resolver dois problemas:

1. O problema da dissipação de pico e média. Por exemplo, um componente de estado estacionário com uma dissipação térmica contínua de 1W e um dispositivo com uma dissipação térmica de 10W, mas com um ciclo de trabalho intermitente de 10%, têm diferentes efeitos térmicos.

Ou seja, a dissipação de calor média é a mesma, e a massa de calor e o fluxo de calor relacionados produzirão distribuições de calor diferentes. A maioria dos aplicativos CFD pode combinar análise estática e dinâmica.

2. A conexão física imperfeita entre os componentes e a superfície do modelo em miniatura, como a conexão física entre a parte superior do pacote de IC e o dissipador de calor.

Se a conexão tiver uma distância pequena, a resistência térmica deste caminho aumentará, sendo necessário preencher a superfície de contato com uma almofada térmica para aumentar a condutividade térmica do caminho.

O gerenciamento térmico pode reduzir a temperatura dos componentes da fonte de alimentação e do ambiente interno, o que pode prolongar a vida útil do produto e melhorar a confiabilidade.

Mas o gerenciamento térmico é um conceito integrado, se dividido em minúcias, é um assunto enorme.

Envolve as compensações de tamanho, potência, eficiência, peso, confiabilidade e custo. A prioridade e as restrições do projeto devem ser avaliadas.