Tři efektivní metody pro odvod tepla výkonových modulů
Existují tři základní způsoby přenosu energie výkonového modulu z oblasti s vysokou teplotou do oblasti s nízkou teplotou: záření, přenos a konvekce.
Radiace: Elektromagnetický indukční přenos tepla generovaného mezi dvěma bloky různých teplot.
Přenos: Přenos vznikajícího tepla pevným médiem.
Konvekce: Přenos tepla tekutým médiem (plynem).
V různých specifických aplikacích mají všechny tři způsoby přenosu tepla často různé úrovně účinku. Ve většině aplikací je nejkritičtější metodou přenosu tepla konvekce. Pokud se přidají další dvě metody odvodu tepla, skutečný efekt bude lepší. V některých situacích však mohou mít tyto dvě metody také kontraproduktivní účinky. Při návrhu kvalitního systému odvodu tepla se proto pečlivě zvažují všechny tři způsoby přenosu tepla.
napájecí modul
1, zdroj záření, odvod tepla
Když proti sobě stojí dvě rozhraní s různými teplotami, způsobí to nepřetržitý radiační přenos tepla.
Konečný vliv záření na teplotu určitých bloků je dán mnoha faktory: teplotním rozdílem různých součástí, orientací souvisejících součástí, hladkostí povrchu součástí a jejich vzájemnou roztečí atd. Protože neexistuje způsob pro kvantitativní analýzu tohoto prvku a vlivu okolního prostředí' vlastní výměny kinetické energie záření, je velmi komplikované měřit poškození teploty zářením a je obtížné to přesně vypočítat.
Ve specifické aplikaci řídicího modulu měniče spínaného výkonu je nepravděpodobné, že by se jako způsob chlazení měniče spoléhalo pouze na rozptyl tepla. Ve většině případů sálavý zdroj rozptýlí pouze 10 % nebo méně z celkové produkce tepla. Sálavé teplo se proto obecně používá pouze jako pomocná metoda kromě klíčové metody rozptylu tepla a obecně se s ním nepočítá v tepelném návrhu. Vliv teploty napájecího modulu. Ve specifických aplikacích je teplota obecného řídicího modulu měniče vyšší než přirozená okolní teplota. Přenos kinetické energie zářením proto přispívá k odvodu tepla. Za určitých podmínek je však teplota některých zdrojů tepla (desky elektronických zařízení, vysokovýkonové rezistory atd.) v okolí řídicího modulu vyšší než teplota výkonového modulu a sálavé teplo těchto objektů zvýší teplotu řídicího modulu.
V plánu návrhu odvodu tepla by měly být vzájemné polohy periferních součástí řídicího modulu převodníku vědecky uspořádány podle vlivu, který tepelné záření způsobí. Když jsou horké součásti blízko řídicího modulu převodníku, aby se zeslabil tepelný účinek zdroje záření, měla by být tenká žebra tepelně izolační desky vložena mezi řídicí modul a horké součásti.
2, přenos tepla
V mnoha aplikacích musí být teplo generované na substrátu výkonového modulu přenášeno na dlouhou plochu pro odvod tepla prostřednictvím komponent pro přenos tepla. Tímto způsobem bude teplota substrátu výkonového modulu ekvivalentní součtu teplot povrchu rozptylujícího teplo, teploty komponent pro přenos tepla a teploty obou povrchů. Tepelný odpor komponent pro přenos tepla je úměrný délce L mezi těmito dvěma a nepřímo úměrný ploše průřezu a rychlosti přenosu tepla mezi nimi. Použití vhodných surovin a průřezových ploch může také účinně snížit tepelný odpor komponent pro přenos tepla. Pokud je povolen prostor pro instalaci a náklady, měl by být použit radiátor s nejmenším tepelným odporem. Je třeba mít na paměti, že pokud se teplota substrátu výkonového modulu mírně sníží, střední doba mezi poruchami (MTBF) se výrazně prodlouží.
Suroviny pro výrobu chladičů jsou klíčovým prvkem ovlivňujícím efektivitu, takže při výběru musíte věnovat pozornost mnoha aspektům. Ve většině aplikací bude teplo generované napájecím modulem přenášeno ze substrátu do chladiče nebo součástí přenosu tepla. Mezi substrátem výkonového modulu a součástmi přenosu tepla však bude na povrchu teplotní rozdíl. Tento typ teplotního rozdílu musí být řízen. Tepelný odpor je zapojen do série v regulační smyčce odvodu tepla. Teplota podkladu by měla být povrchová teplota a složky přenosu tepla. Součet teploty. Pokud není kontrolována, bude nárůst teploty povrchu velmi zřejmý. Celková plocha by měla být co největší a hladkost povrchu by měla být do 5 mil (0,005 stopy). Pro lepší odstranění nerovností povrchu můžete povrch vyplnit tepelně vodivým lepidlem nebo teplosměnnou podložkou. ) Po provedení příslušných protiopatření lze povrchový tepelný odpor snížit pod 0,1 ℃/W. Pouze snížením tepelného odporu rozptylu tepla (RTH) nebo snížením spotřeby energie (Ploss) lze snížit teplotu a zvýšit TAmax. Maximální výkon spínaného zdroje souvisí s teplotou aplikační scény. Hlavní parametry ovlivňující výstupní ztrátový výkon Ploss, tepelný odpor RTH a nejvyšší spínaný zdroj Teplota skříně TC. Spínaný zdroj s vysokou účinností a nejlepším odvodem tepla bude mít nižší teplotu. Při jmenovitém výstupním výkonu bude jejich využitelná teplota marginální. Teplota spínaného zdroje s nižší účinností nebo slabým odvodem tepla bude vyšší. Musí se jednat o vzduchem chlazené nebo odlehčené aplikace.
3, odvod tepla konvekcí
Konvekční odvod tepla je nejběžněji používanou metodou odvodu tepla pro výkonové měniče Aipu. Konvekce se obecně dělí na přirozenou konvekci a nucenou konvekci. Přenos tepla z povrchu horkého bloku do okolního statického plynu při nižší teplotě se nazývá přirozená konvekce; přenos tepla z povrchu horkého bloku do tekutého plynu se nazývá nucená konvekce.
Výhody přirozené konvekce jsou, že je velmi snadné ji implementovat, nevyžaduje elektrické ventilátory, má nízkou cenu a má vysokou spolehlivost v odvodu tepla. Na rozdíl od nucené konvekce je však pro dosažení stejné teploty substrátu zapotřebí velký chladič.
Při návrhu radiátoru s přirozenou konvekcí je třeba věnovat pozornost také následujícímu:
Obecně jsou pro chladiče uvedeny pouze hlavní parametry vertikálních chladičů. Skutečný efekt rozptylu tepla horizontálního chladiče je slabý. Pokud je požadována horizontální instalace, měla by být plocha radiátoru přiměřeně zvětšena a lze také použít nucený odvod tepla konvekcí.
