Tři účinné metody odvodu tepla výkonových modulů
Existují tři základní metody přenosu energie výkonového modulu z oblasti s vysokou teplotou do oblasti s nízkou teplotou: záření, přenos a konvekce.
Záření:
Elektromagnetický indukční přenos tepla generovaného mezi dvěma bloky různých teplot.
Přenos:
Přenos tepla přes pevné médium.
Konvekce:
Přenos tepla kapalným médiem (plynem).
V různých specifických aplikacích mají všechny tři metody přenosu tepla často různé úrovně účinku. Ve většině aplikací je konvekce nejkritičtější metodou přenosu tepla. Pokud se přidají další dvě metody odvodu tepla, skutečný efekt bude lepší. V některých situacích však tyto dvě metody mohou mít také kontraproduktivní účinky. Proto jsou při navrhování vysoce kvalitního systému odvodu tepla pečlivě zváženy všechny tři metody přenosu tepla.
napájecí modul
1, zdroj záření, odvod tepla
Když proti sobě stojí dvě rozhraní s různými teplotami, způsobí to nepřetržitý přenos tepla.
Konečný vliv záření na teplotu určitých bloků je určen mnoha faktory: teplotním rozdílem různých komponent, orientací souvisejících komponent, hladkostí povrchu součástí a jejich vzájemnou roztečí atd.
Vzhledem k tomu, že neexistuje způsob, jak kvantitativně analyzovat tento prvek, plus vliv vlastní výměny radiační kinetické energie okolního prostředí, je velmi komplikované měřit poškození teploty zářením a je obtížné přesně vypočítat.
Ve specifické aplikaci řídicího modulu spínacího měniče výkonu je nepravděpodobné, že by se spoléhal pouze na odvod sálavého tepla jako na způsob chlazení měniče.
Ve většině případů sálavý zdroj rozptýlí pouze 10% nebo méně z celkové výroby tepla. Proto se sálavé teplo obecně používá pouze jako pomocná metoda kromě klíčové metody odvodu tepla a obecně se nebere v úvahu v plánu tepelného návrhu. Vliv teploty napájecího modulu. Ve specifických aplikacích je teplota řídicího modulu obecného měniče vyšší než přirozená okolní teplota. Přenos sálavé kinetické energie proto přispívá k odvodu tepla. Za určitých podmínek je však teplota některých zdrojů tepla (desky elektronických zařízení, vysoce výkonné rezistory atd.) kolem řídicího modulu vyšší než teplota výkonového modulu a sálavé teplo těchto objektů zvýší teplotu řídicího modulu.
V plánu návrhu odvodu tepla by měly být relativní polohy periferních součástí řídicího modulu měniče vědecky uspořádány podle vlivu, který tepelné záření způsobí. Když jsou horké komponenty v blízkosti řídicího modulu měniče, aby se oslabil topný účinek zdroje záření, měla by být mezi řídicí modul a horké komponenty vložena tenká žebra tepelně izolační desky.
2, odvod tepla z přenosu
V mnoha aplikacích musí být teplo generované na substrátu napájecího modulu přenášeno na dlouhou plochu pro odvod tepla prostřednictvím komponent pro přenos tepla. Tímto způsobem bude teplota substrátu napájecího modulu ekvivalentní součtu teploty povrchu pro odvod tepla, teploty složek přenosu 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 těmito dvěma. Použití vhodných surovin a ploch průřezu může také účinně snížit tepelný odpor komponent pro přenos tepla. Pokud je povolen instalační prostor a náklady, měl by být použit radiátor s nejmenším tepelným odporem. Je třeba mít na paměti, že pokud teplota substrátu napájecího modulu mírně klesne, střední doba mezi poruchami (MTBF) se výrazně zvýší.
Suroviny pro výrobu chladičů jsou klíčovým prvkem, který ovlivňuje účinnost, takže při výběru musíte věnovat pozornost mnoha aspektům. Ve většině aplikací bude teplo generované výkonovým modulem přenášeno ze substrátu do chladiče nebo komponent pro přenos tepla. Na povrchu však bude teplotní rozdíl mezi substrátem napájecího modulu a komponenty pro přenos tepla. Tento typ teplotního rozdílu musí být řízen.
Tepelný odpor je zapojen do série ve smyčce řízení odvodu tepla. Teplota substrátu by měla být povrchová teplota a složky přenosu tepla. Součet teploty. Pokud není řízena, bude nárůst teploty povrchu velmi zřejmý. Celková plocha povrchu by měla být co největší a hladkost povrchu by měla být v rozmezí 5 mil (0,005 stop). Pro lepší odstranění nerovností povrchu můžete povrch vyplnit tepelně vodivým lepidlem nebo podložkou pro přenos tepla. ) Po provedení vhodných protiopatření lze tepelný odpor povrchu snížit pod 0,1 °C/W. Pouze snížením tepelného odporu odvodu tepla (RTH) nebo snížením spotřeby energie (Ploss) lze snížit teplotu a zvýšit TAmax.
Maximální výkon spínaného zdroje se vztahuje k teplotě aplikační scény. Hlavní parametry, které ovlivňují výstupní ztrátu výkonu Ploss, tepelný odpor RTH a nejvyšší spínaný zdroj Teplota pouzdra TC. Spínací zdroj s vysokou účinností a nejlepším odvodem tepla bude mít nižší teplotu. Když je jmenovitý výstupní výkon na výstupu, jejich použitelná teplota bude marginální. Teplota spínaného napájecího zdroje s nižší účinností nebo slabým odvodem tepla bude vyšší. Musí se jednat o vzduchem chlazené nebo zmenšené aplikace.
3, konvekční odvod tepla
Konvekční odvod tepla je nejčastěji používanou metodou odvodu tepla pro měniče výkonu Aipu. Konvekce je obecně rozdělena 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 kapalného plynu se nazývá nucená konvekce. Výhody přirozené konvekce spočívají v tom, že je velmi snadno implementovatelná, nevyžaduje elektrické ventilátory, má nízké náklady a má vysokou spolehlivost při odvodu tepla. Na rozdíl od nucené konvekce je však pro dosažení stejné teploty substrátu nutný velký chladič.
Konstrukce přirozeného konvekčního radiátoru by měla také věnovat pozornost následujícím skutečnostem:
Obecně platí, že pro chladiče jsou uvedeny pouze hlavní parametry vertikálních chladičů. Skutečný účinek odvodu tepla horizontálního chladiče je slabý. Pokud je vyžadována horizontální instalace, měla by být plocha radiátoru vhodně zvětšena a lze také použít nucený konvekční odvod tepla.
