Thermal Management Technology Series: Power Cooling Management

När elektriska ingenjörer nämner termen"power management", tänker de flesta på MOS-rör, omvandlare, transformatorer, etc.

Faktum är att energihantering är mycket mer än så.

Strömförsörjningen kommer att generera värme när den fungerar, och kontinuerlig temperaturhöjning kommer att orsaka prestandaförändringar, vilket så småningom kan leda till systemfel.

Dessutom kommer värme att förkorta komponenternas livslängd och påverka den långsiktiga tillförlitligheten.

Därför innebär energihantering också termisk hantering. När det gäller värmehantering finns det två synpunkter som måste förstås:

& quot;Mikro"|Problem

En enskild komponent har överhettats på grund av överdriven värmeutveckling, men temperaturen i resten av systemet och höljet är inom gränsen.

& quot;Makro"|Problem

Temperaturen i hela systemet är för hög på grund av ackumulering av värme från flera värmekällor.

Ingenjören måste bestämma hur många av de termiska hanteringsfrågorna som är mikro- och makro- och graden av korrelation mellan de två.

Den enkla förståelsen är att även om temperaturökningen för en värmealstrande komponent överstiger dess tillåtna gräns och får hela systemet att värmas upp, betyder det inte nödvändigtvis att hela systemet är överhettat, utan överskottsvärmen som genereras av komponenten måste skingras.

Så vart tar värmen vägen?

Utspridda på en kallare plats kan det vara den intilliggande delen av systemet och chassit, eller så kan det vara utanför chassit (endast möjligt när utetemperaturen är lägre än den interna temperaturen).

Termisk hantering följer fysikens grundläggande principer. Det finns tre sätt för värmeledning: strålning, ledning och konvektion.

För de flesta elektroniska system är för att uppnå den erforderliga kylningen att först låta värmen lämna värmekällan genom ledning och sedan överföra den till andra platser genom konvektion.

När du utför termisk design är det nödvändigt att kombinera olika värmehanteringshårdvaror för att effektivt uppnå den erforderliga ledning och konvektion.

Det finns tre mest använda kylkomponenter: radiatorer, värmerör och fläktar.

Radiatorn och värmeröret är passiva kylsystem utan strömförsörjning, medan fläkten är ett aktivt forcerad luftkylningssystem.

Radiatorn är en aluminium- eller kopparstruktur som kan erhålla värme från en värmekälla genom ledning och överföra värmen till luftflödet (i vissa fall till vatten eller andra vätskor) för att uppnå konvektion.

Kylflänsar finns i tusentals storlekar och former, från små stansade metallfenor som förbinder en enda transistor till stora profiler med många fenor (fingrar) som kan fånga upp konvektivt luftflöde och överföra värme till det.

Kylaren har fördelarna med inga rörliga delar, driftskostnader, fellägen etc.

När radiatorn väl är ansluten till värmekällan, när den varma luften stiger, kommer konvektion naturligt att uppstå, vilket startar och fortsätter att bilda ett luftflöde.

Även om radiatorn är enkel att använda, finns det några nackdelar: 1. Radiatorn som överför stor värme är stor, kostsam och tung och måste placeras korrekt, vilket kommer att påverka eller begränsa den fysiska layouten på kretskortet;

2. Fenorna kan blockeras av damm i luftflödet, vilket minskar effektiviteten;

3. Den måste vara korrekt ansluten till värmekällan så att värmen kan strömma från värmekällan till radiatorn smidigt.

Slutligen måste modellering lösa två problem:

1. Problemet med topp- och medelförlust. Till exempel har en stationär komponent med en kontinuerlig termisk avledning på 1W och en enhet med en termisk avledning på 10W men med en 10% intermittent driftcykel olika termiska effekter.

Det vill säga, den genomsnittliga värmeavledningen är densamma, och den relaterade värmemassan och värmeflödet kommer att producera olika värmefördelningar. De flesta CFD-applikationer kan kombinera statisk och dynamisk analys.

2. Den ofullkomliga fysiska kopplingen mellan komponenter och ytan på miniatyrmodellen, såsom den fysiska kopplingen mellan toppen av IC-paketet och kylflänsen.

Om anslutningen har ett litet avstånd, kommer det termiska motståndet för denna väg att öka, och det är nödvändigt att fylla kontaktytan med en termisk dyna för att förbättra banans värmeledningsförmåga.

Termisk hantering kan minska temperaturen på komponenterna i strömförsörjningen och den interna miljön, vilket kan förlänga produktens livslängd och förbättra tillförlitligheten.

Men termisk hantering är ett integrerat koncept, om det bryts ner till detaljerna är det ett enormt ämne.

Det handlar om avvägningar mellan storlek, kraft, effektivitet, vikt, tillförlitlighet och kostnad. Projektets prioritet och begränsningar måste utvärderas.