Güç kaynağı cihazları için termal soğutma tasarımı
Termal yönetimin güç yönetiminin önemli bir yönü olduğunu hepimiz biliyoruz. Bileşenleri ve sistemleri sıcaklık sınırları içinde tutması gerekir. Pasif çözümler, soğutucular ve ısı boruları ile başlar ve soğutma etkisini artırmak için aktif soğutma için fanları kullanabilir.
Bileşen düzeyinde ve bitmiş ürün düzeyinde sistem modellemesi, tasarımcıların soğutma stratejisinin birinci dereceden yaklaşık analizini yapmalarına olanak tanır. Daha fazla analiz için hesaplamalı akışkanlar dinamiğinin kullanılması, genel ısı durumunu ve soğutma stratejisindeki değişikliklerin etkisini tam olarak anlayabilir. Tüm termal yönetim çözümleri, boyut, güç, verimlilik, ağırlık, güvenilirlik ve maliyet açısından ödünleşimler içerir ve projenin önceliklerini ve kısıtlamalarını değerlendirmelidir.
Tüm termal yönetim çözümleri, fiziğin temel ilkelerini takip eder. Soğutma modunda, ısı iletiminin üç yolu vardır: radyasyon, iletim ve konveksiyon
Çoğu elektronik sistem için, elde edilmesi gereken soğutma, ısının iletim yoluyla doğrudan ısı kaynağından ayrılmasına ve ardından konveksiyon yoluyla başka yerlere aktarılmasına izin vermektir. Tasarımdaki zorluk, gerekli iletim ve konveksiyonu etkin bir şekilde elde etmek için çeşitli termal yönetim donanımlarını birleştirmektir. En sık kullanılan üç soğutma elemanı vardır: radyatör, ısı borusu ve fan. Radyatörler ve ısı boruları, doğal olarak indüklenen iletim ve konveksiyon yöntemlerini de içeren, güç kaynağı olmayan pasif soğutma sistemleridir. Buna karşılık, fan aktif bir cebri hava soğutma sistemidir.
Soğutucu Soğutma:
Soğutucu, ısı kaynağından iletim yoluyla ısı elde edebilen ve konveksiyonu gerçekleştirmek için ısıyı hava akışına (bazı durumlarda suya veya diğer sıvılara) aktarabilen alüminyum veya bakır bir yapıdır. Radyatörler, tek bir transistörü birbirine bağlayan küçük damgalı metal kanatlardan, ısıyı kesip konvektif hava akışına aktarabilen birçok kanatlı büyük ekstrüzyonlara kadar binlerce boyut ve şekilde gelir.
Soğutucunun avantajlarından biri, hareketli parça olmaması, işletim maliyeti olmaması ve arıza modlarının olmamasıdır. Isı kaynağına uygun boyutta bir heatsik bağlandığında, ısınan hava yükseldikçe, doğal olarak konveksiyon meydana gelir ve hava akımı oluşturmaya başlar ve devam eder. Bu nedenle, ısı kaynağının girişi ve çıkışı arasında düzgün hava akışı sağlamak için bir soğutucu kullanıldığında bu avantajlar çok önemlidir. Ayrıca giriş radyatörün altında, çıkış ise yukarıda olmalıdır; Aksi takdirde, sıcak hava ısı kaynağı üzerinde duracak ve bu da durumu daha da kötüleştirecektir.
Isı Boruları Ekleme:
Isı borusunun işlevi, ısı kaynağından ısıyı emerek daha soğuk alana aktarmaktır, ancak kendisi radyatör görevi görmez. Isı kaynağının yakınında radyatörü yerleştirmek için yeterli alan olmadığında veya hava akışı yetersiz olduğunda ısı borusu kullanılabilir. Isı borusu yüksek verimliliğe sahiptir ve ısıyı kaynaktan yönetim için daha uygun bir yere aktarabilir.
Soğutma Fanı ekleme:
Açıkçası, fanlar maliyetleri artıracak, alan gerektirecek ve sistem gürültüsünü artıracaktır. Elektromekanik bir cihaz olarak fan, aynı zamanda, enerji tüketen ve tüm sistemin verimliliğini etkileyen arızaya eğilimlidir. Ancak çoğu durumda, özellikle hava akış yolu kavisli, dikey veya bloke olduğunda, genellikle yeterli hava akışı elde etmenin tek yolu bunlardır. Birçok uygulama, yalnızca hızı azaltmak için gerektiğinde çalışan ve böylece güç tüketimini azaltan termal kontrollü fanlar kullanır ve optimum çalışma hızında gürültüyü en aza indiren kanatlar kullanır.
Modelleme ve termal simülasyon:
Modelleme ve simülasyon, ne kadar soğutma havasının gerekli olduğunu ve soğutmanın nasıl elde edildiğini belirlemek için verimli bir termal yönetim stratejisi için gereklidir. Çeşitli ısı kaynaklarından geçen hava akımı, sıcaklığını izin verilen sınırın altında tutacak şekilde boyutlandırılabilir. Temel hesaplama için hava sıcaklığını, mevcut cebri hava akışının akışını, fan hava akışını ve diğer faktörleri kullanarak, sıcaklık durumunu kabaca anlayabiliriz.
Tasarımcılar bazı ayarlamalar yaparak, daha büyük hava deliklerinin daha fazla hava gerektirip gerektirmediğini görebilir, diğer hava akış yollarının daha etkili olup olmadığını belirleyebilir, daha büyük veya farklı radyatörlerin kullanımındaki farklılıkları belirleyebilir, sıcak noktaları hareket ettirmek için ısı borularının kullanımını araştırabilir, vb. Bu CFD modelleme yazılım paketleri, ısı dağılımının tablo verilerini ve renkli görüntülerini üretebilir. Fan boyutundaki, hava akışındaki ve konumdaki değişikliklerin modellenmesi de kolaydır.
Güç yönetimi ayrıca termal yönetim, özellikle güçle ilgili işlevlerin soğutulmasının termal tasarımı ve ısı birikimini nasıl etkileyeceği. Ayrıca komponentler ve sistemler spesifikasyon aralığı içinde çalışmaya devam etse bile sıcaklığın artması komponent parametrelerinin değişmesi ile performans değişikliklerine neden olacaktır. Aşırı ısınma ayrıca bileşenlerin ömrünü kısaltabilir ve dolayısıyla arızalar arasındaki ortalama süreyi kısaltabilir ve bu da uzun vadeli güvenilirliği sağlamak için dikkate alınması gereken bir faktördür.
