Popis režimu odvodu tepla výkonového modulu
Pro výkonové moduly existují tři způsoby rozptylu tepla: konvekce, vedení a záření. V praktických aplikacích většina z nich používá jako hlavní metodu odvodu tepla konvekci. Pokud je návrh vhodný, ve spojení se dvěma způsoby odvodu tepla vedením a vyzařováním bude účinek maximalizován. Pokud je však návrh nevhodný, způsobí to nepříznivé účinky. Proto se při návrhu výkonového modulu stal důležitým článkem návrh systému odvodu tepla.
1. Metoda konvekčního chlazení
Odvod tepla konvekcí se týká přenosu tepla vzduchem tekutého média k dosažení účinku rozptylu tepla. Je to naše běžná metoda rozptylu tepla. Metody konvekce se obecně dělí na dva typy, nucenou konvekci a přirozenou konvekci. Nucenou konvekcí se rozumí přenos tepla z povrchu vytápěného objektu do proudícího vzduchu a přirozenou konvekcí se rozumí přenos tepla z povrchu vytápěného objektu do okolního vzduchu o nižší teplotě. Výhodou použití přirozené konvekce je jednoduchá implementace, nízká cena, není potřeba externí chladicí ventilátor a vysoká spolehlivost. Aby nucená konvekce dosáhla teploty podkladu pro běžné použití, vyžaduje větší chladič a zabírá místo.
Věnujte pozornost konstrukci radiátoru s přirozenou konvekcí. Pokud má horizontální radiátor špatný účinek na rozptyl tepla, měla by být plocha radiátoru při vodorovné instalaci vhodně zvětšena nebo nucena konvekce, aby se teplo odvádělo.
2. Metoda odvodu tepla vedením
Když je výkonový modul používán, teplo na substrátu musí být vedeno na vzdálenou plochu pro odvod tepla přes teplovodivý prvek, takže teplota substrátu bude rovna součtu teplot odvádějícího teplo. povrch, zvýšení teploty teplovodného prvku a zvýšení teploty dvou kontaktních povrchů. Tímto způsobem může být tepelná energie odpařována v efektivním prostoru, aby bylo zajištěno, že komponenty mohou normálně fungovat. Tepelný odpor tepelného článku je přímo úměrný délce a nepřímo úměrný jeho průřezové ploše a tepelné vodivosti. Pokud se nebere v úvahu instalační prostor a náklady, měl by být použit radiátor s nejmenším tepelným odporem. Vzhledem k tomu, že teplota substrátu napájecího zdroje mírně poklesne, výrazně se zlepší střední doba mezi poruchami, zlepší se stabilita napájecího zdroje a prodlouží se životnost.
Teplota je důležitým faktorem, který ovlivňuje výkon napájecího zdroje, proto byste se při výběru radiátoru měli zaměřit na jeho výrobní materiály. V praktických aplikacích je teplo generované modulem vedeno ze substrátu do chladiče nebo teplovodného prvku. Na kontaktní ploše mezi napájecím substrátem a tepelně vodivým prvkem však bude teplotní rozdíl a tento teplotní rozdíl musí být řízen. Teplota podkladu by měla být součtem nárůstu teploty kontaktní plochy a teploty teplovodivého prvku. Pokud není řízena, bude nárůst teploty kontaktního povrchu obzvláště významný. Plocha kontaktní plochy by proto měla být co největší a hladkost kontaktní plochy by měla být do 5 mil, tj. do 0,005 palce.
Aby se odstranily nerovnosti povrchu, měla by být kontaktní plocha vyplněna tepelně vodivým lepidlem nebo termopodložkou. Po provedení příslušných opatření lze tepelný odpor kontaktní plochy snížit pod 0,1°C/W. Nárůst teploty lze snížit pouze snížením rozptylu tepla a tepelného odporu nebo spotřeby energie. Maximální výstupní výkon napájecího zdroje souvisí s teplotou prostředí aplikace. Mezi ovlivňující parametry obecně patří: ztrátový výkon, tepelný odpor a maximální teplota skříně zdroje. Zdroje s vysokou účinností a lepším odvodem tepla budou mít nižší nárůst teploty a jejich využitelná teplota bude mít rezervu při jmenovitém výkonu. Napájecí zdroje s nižší účinností nebo špatným odvodem tepla budou mít vyšší nárůst teploty, protože vyžadují chlazení vzduchem nebo je třeba je kvůli použití snížit.
3. Metoda odvodu tepla sáláním
Rozptyl tepla zářením je postupný přenos tepla sáláním, ke kterému dochází, když proti sobě stojí dvě rozhraní s různou teplotou. Vliv záření na teplotu jednoho předmětu závisí na mnoha faktorech, jako je teplotní rozdíl různých součástí, vnější strana součástí, poloha součástí a vzdálenost mezi nimi. V praktických aplikacích je obtížné tyto faktory kvantifikovat a ve spojení s vlivem vlastní výměny zářivé energie okolního prostředí' je obtížné přesně vypočítat chaotické účinky záření na teplotu.
V praktických aplikacích je nemožné, aby napájecí zdroj používal samotný rozptyl tepla sáláním, protože tato metoda může obecně odvádět pouze 10 % nebo méně celkového tepla. Obvykle se používá jako pomocný prostředek hlavní metody odvodu tepla a obecně se s ním v tepelném návrhu nepočítá. Jeho vliv na teplotu. V pracovním stavu zdroje je jeho teplota obecně vyšší než teplota venkovního prostředí a přenos záření napomáhá celkovému odvodu tepla. Za zvláštních okolností však zdroje tepla v blízkosti napájecího zdroje, jako jsou vysoce výkonné rezistory, desky zařízení atd., způsobí záření těchto předmětů zvýšení teploty napájecího modulu.
