Thermal Management Technology-serie: Power Cooling Management
Als elektrotechnici de term"power management" noemen, denken de meeste mensen aan MOS buizen, omvormers, transformatoren, etc.
In feite is energiebeheer veel meer dan dat.
De voeding genereert warmte wanneer deze werkt, en continue temperatuurstijging zal prestatieveranderingen veroorzaken, wat uiteindelijk kan leiden tot systeemstoringen.
Bovendien zal hitte de levensduur van componenten verkorten en de betrouwbaarheid op lange termijn beïnvloeden.
Daarom omvat energiebeheer ook thermisch beheer. Met betrekking tot thermisch beheer zijn er twee standpunten die moeten worden begrepen:
& quot;Micro"|Probleem
Een enkel onderdeel is oververhit geraakt door overmatige warmteontwikkeling, maar de temperatuur van de rest van het systeem en de behuizing blijft binnen de limiet.
& quot;Macro"|Probleem
De temperatuur van het gehele systeem is te hoog door ophoping van warmte uit meerdere warmtebronnen.
De ingenieur moet bepalen hoeveel van de problemen met thermisch beheer micro en macro zijn, en de mate van correlatie tussen beide.
Het simpele begrip is dat zelfs als de temperatuurstijging van een warmtegenererend onderdeel de toegestane limiet overschrijdt en het hele systeem opwarmt, dit niet noodzakelijkerwijs betekent dat het hele systeem oververhit is, maar de overtollige warmte die door het onderdeel wordt gegenereerd, moet worden verdreven.
Waar gaat de warmte dan heen?
Verspreid naar een koudere plaats kan dit het aangrenzende deel van het systeem en het chassis zijn, of het kan buiten het chassis zijn (alleen mogelijk als de buitentemperatuur lager is dan de binnentemperatuur).
Thermal management volgt de basisprincipes van de natuurkunde. Er zijn drie manieren van warmtegeleiding: straling, geleiding en convectie.
Voor de meeste elektronische systemen is het bereiken van de vereiste koeling door de warmte eerst de warmtebron te laten verlaten door geleiding en deze vervolgens door convectie naar andere plaatsen te transporteren.
Bij het uitvoeren van thermisch ontwerp is het noodzakelijk om verschillende hardware voor thermisch beheer te combineren om de vereiste geleiding en convectie effectief te bereiken.
Er zijn drie meest gebruikte koelcomponenten: radiatoren, heatpipes en ventilatoren.
De radiator en heatpipe zijn passieve koelsystemen zonder voeding, terwijl de ventilator een actief geforceerd luchtkoelsysteem is.
De radiator is een aluminium of koperen structuur die warmte kan verkrijgen van een warmtebron door middel van geleiding en de warmte kan overbrengen naar de luchtstroom (in sommige gevallen naar water of andere vloeistoffen) om convectie te bereiken.
Koellichamen zijn er in duizenden maten en vormen, van kleine gestempelde metalen vinnen die een enkele transistor verbinden tot grote extrusies met veel vinnen (vingers) die de convectieve luchtstroom kunnen onderscheppen en er warmte naar kunnen overbrengen.
De radiator heeft de voordelen van geen bewegende delen, bedrijfskosten, faalwijzen, etc.
Zodra de radiator is aangesloten op de warmtebron, zal als de warme lucht opstijgt, natuurlijk convectie optreden, waardoor een luchtstroom wordt gestart en voortgezet.
Hoewel de radiator gemakkelijk te gebruiken is, zijn er enkele nadelen: 1. De radiator die veel warmte afgeeft, is groot, duur en zwaar en moet correct worden geplaatst, wat de fysieke lay-out van de printplaat zal beïnvloeden of beperken;
2. De vinnen kunnen worden geblokkeerd door stof in de luchtstroom, waardoor de efficiëntie wordt verminderd;
3. Deze moet correct op de warmtebron zijn aangesloten, zodat de warmte soepel van de warmtebron naar de radiator kan stromen.
Ten slotte moet modellering twee problemen oplossen:
1. Het probleem van piek- en gemiddelde dissipatie. Een stationaire component met een continue thermische dissipatie van 1W en een apparaat met een thermische dissipatie van 10W maar met een intermitterende inschakelduur van 10% hebben bijvoorbeeld verschillende thermische effecten.
Dat wil zeggen, de gemiddelde warmteafvoer is hetzelfde en de gerelateerde warmtemassa en warmtestroom zullen verschillende warmteverdelingen produceren. De meeste CFD-toepassingen kunnen statische en dynamische analyse combineren.
2. De onvolmaakte fysieke verbinding tussen componenten en het oppervlak van het miniatuurmodel, zoals de fysieke verbinding tussen de bovenkant van het IC-pakket en het koellichaam.
Als de verbinding een kleine afstand heeft, zal de thermische weerstand van dit pad toenemen en is het noodzakelijk om het contactoppervlak te vullen met een thermisch kussen om de thermische geleidbaarheid van het pad te verbeteren.
Thermisch beheer kan de temperatuur van de componenten in de voeding en de interne omgeving verlagen, wat de levensduur van het product kan verlengen en de betrouwbaarheid kan verbeteren.
Maar thermisch beheer is een geïntegreerd concept, als het tot in de details wordt uitgesplitst, is het een enorm onderwerp.
Het gaat om de afwegingen van grootte, kracht, efficiëntie, gewicht, betrouwbaarheid en kosten. De prioriteit en beperkingen van het project moeten worden geëvalueerd.
