Řešení chlazení napájecího zdroje

Všichni víme, že tepelný management je důležitým aspektem správy napájení. Potřebuje udržovat komponenty a systémy v teplotních limitech. Pasivní řešení začínají chladiči a tepelnými trubicemi a mohou využívat ventilátory pro aktivní chlazení pro zvýšení chladicího účinku.Modelování systému na úrovni komponent a hotového produktu umožňuje návrhářům provést přibližnou analýzu strategie chlazení prvního řádu. Použití výpočetní dynamiky tekutin pro další analýzu může plně pochopit celkovou tepelnou situaci a dopad změn ve strategii chlazení. Všechna řešení tepelného managementu zahrnují kompromisy ve velikosti, výkonu, účinnosti, hmotnosti, spolehlivosti a ceně a musí vyhodnotit priority a omezení projektu.

Všechna řešení tepelného managementu se řídí základními fyzikálními principy. V režimu chlazení existují tři způsoby vedení tepla: sálání, vedení a proudění.

U většiny elektronických systémů je potřebné chlazení nechat teplo opustit přímý zdroj tepla vedením a poté ho přenést na jiná místa konvekcí. Výzvou při návrhu je zkombinovat různý hardware pro řízení teploty, aby bylo efektivně dosaženo požadované vodivosti a konvekce. Nejčastěji se používají tři chladicí prvky: radiátor, tepelná trubice a ventilátor. Radiátory a tepelné trubice jsou pasivní chladicí systémy bez napájení, které zahrnují také přirozeně indukované způsoby vedení a konvekce. Naproti tomu ventilátor je aktivní systém chlazení nuceným vzduchem.

Chlazení chladiče:

Chladič je hliníková nebo měděná konstrukce, která může získat teplo ze zdroje tepla vedením a přenést teplo do proudu vzduchu (v některých případech do vody nebo jiných kapalin) k realizaci konvekce. Radiátory přicházejí v tisících velikostech a tvarech, od malých lisovaných kovových žeber spojujících jeden tranzistor až po velké výlisky s mnoha žebry, které mohou zachycovat a přenášet teplo do konvekčního proudu vzduchu.

Jednou z výhod chladiče je, že neexistují žádné pohyblivé části, žádné provozní náklady a žádné režimy poruch. Jakmile je správně dimenzovaný heatsik připojen ke zdroji tepla, jak teplý vzduch stoupá, přirozeně dochází ke konvekci, která začíná a pokračuje ve vytváření proudění vzduchu. Proto jsou tyto výhody velmi důležité při použití chladiče pro zajištění hladkého proudění vzduchu mezi vstupem a výstupem zdroje tepla. Navíc vstup musí být pod radiátorem a výstup musí být nahoře; V opačném případě bude horký vzduch stagnovat na zdroji tepla, což situaci dále zhorší.

Přidání heatpipe:

Funkcí tepelné trubice je pohlcovat teplo ze zdroje tepla a přenášet ho do chladnější oblasti, ale sama o sobě nepůsobí jako radiátor. Pokud v blízkosti zdroje tepla není dostatek místa pro umístění radiátoru nebo je proudění vzduchu nedostatečné, lze použít tepelnou trubici. Tepelná trubice má vysokou účinnost a může přenášet teplo ze zdroje na místo vhodnější pro řízení.

Přidání chladicího ventilátoru:

 Je zřejmé, že ventilátory zvýší náklady, vyžadují prostor a zvýší hluk systému. Ventilátor je jako elektromechanické zařízení také náchylný na poruchu, která spotřebovává energii a ovlivňuje účinnost celého systému. V mnoha případech, zvláště když je dráha proudění vzduchu zakřivená, svislá nebo zablokovaná, jsou však obvykle jediným způsobem, jak dosáhnout dostatečného proudění vzduchu. Mnoho aplikací využívá tepelně řízené ventilátory, které fungují pouze v případě potřeby ke snížení rychlosti, čímž se snižuje spotřeba energie, a používají lopatky, které minimalizují hluk při optimální provozní rychlosti.

Modelování a tepelná simulace:

Modelování a simulace jsou nezbytné pro účinnou strategii tepelného managementu, aby bylo možné určit, kolik chladicího vzduchu je potřeba a jak je chlazení dosaženo. Proud vzduchu různými zdroji tepla lze dimenzovat tak, aby se jeho teplota udržela pod povolenou hranicí. Pomocí teploty vzduchu, dostupného průtoku nenuceného proudění vzduchu, proudění vzduchu ventilátoru a dalších faktorů pro základní výpočet můžeme zhruba porozumět teplotním podmínkám.

Provedením určitých úprav mohou návrháři zjistit, zda větší vzduchové porty vyžadují více vzduchu, určit, zda jsou jiné cesty proudění vzduchu efektivnější, identifikovat rozdíly v použití větších nebo jiných radiátorů, prozkoumat použití tepelných trubic k přesunu horkých míst atd. Tyto softwarové balíčky pro modelování CFD mohou generovat tabulková data a barevné obrázky rozptylu tepla. Změny velikosti ventilátoru, proudění vzduchu a polohy jsou také snadno modelovatelné.

Řízení spotřeby také tepelné řízení, zejména to, jak chlazení funkcí souvisejících s napájením ovlivní tepelný návrh a akumulaci tepla. Navíc, i když komponenty a systémy nadále pracují v rozsahu specifikací, zvýšení teploty způsobí změny výkonu se změnou parametrů komponent. Přehřátí může také zkrátit životnost součástí a tím zkrátit střední dobu mezi poruchami, což je také faktor, který je třeba vzít v úvahu pro zajištění dlouhodobé spolehlivosti.