סדרת טכנולוגיות ניהול תרמי: ניהול קירור כוח

כאשר מהנדסי חשמל מזכירים את המונח"ניהול כוח", רוב האנשים חושבים על צינורות MOS, ממירים, שנאים וכו'.

למעשה, ניהול חשמל הוא הרבה יותר מזה.

ספק הכוח יפיק חום כאשר הוא פועל, ועליית טמפרטורה מתמשכת תגרום לשינויים בביצועים, שעלולים להוביל בסופו של דבר לכשלים במערכת.

בנוסף, חום יקצר את חיי הרכיבים וישפיע על האמינות לטווח ארוך.

לכן, ניהול חשמל כרוך גם בניהול תרמי. לגבי ניהול תרמי, ישנן שתי נקודות מבט שצריך להבין:

& quot;מיקרו"|בְּעָיָה

רכיב בודד התחמם יתר על המידה עקב ייצור חום מוגזם, אך הטמפרטורה של שאר המערכת והמארז היא בגדר הגבול.

& quot;מאקרו"|בְּעָיָה

הטמפרטורה של המערכת כולה גבוהה מדי עקב הצטברות חום ממספר מקורות חום.

המהנדס צריך לקבוע כמה מבעיות הניהול התרמי הן מיקרו ומקרו, ואת מידת המתאם בין השניים.

ההבנה הפשוטה היא שגם אם עליית הטמפרטורה של רכיב מחולל חום חורגת מהגבול המותר שלו ותגרום להתחממות המערכת כולה, אין זה אומר בהכרח שהמערכת כולה מחוממת יתר על המידה, אלא עודף החום שנוצר מהרכיב חייב להתפוגג.

אז לאן הולך החום?

מפוזר למקום קר יותר, זה יכול להיות החלק הסמוך של המערכת ושל השלדה, או שהוא יכול להיות מחוץ לשלדה (אפשר רק כשהטמפרטורה החיצונית נמוכה מהטמפרטורה הפנימית).

ניהול תרמי עוקב אחר העקרונות הבסיסיים של הפיזיקה. ישנן שלוש דרכים להולכת חום: קרינה, הולכה והסעה.

עבור רוב המערכות האלקטרוניות, כדי להשיג את הקירור הנדרש הוא קודם כל לתת לחום לעזוב את מקור החום על ידי הולכה, ולאחר מכן להעביר אותו למקומות אחרים בהסעה.

בעת ביצוע תכנון תרמי, יש צורך לשלב חומרות ניהול תרמי שונות כדי להשיג ביעילות את ההולכה וההסעה הנדרשים.

ישנם שלושה רכיבי קירור הנפוצים ביותר: רדיאטורים, צינורות חום ומאווררים.

הרדיאטור וצינור החום הם מערכות קירור פסיביות ללא אספקת חשמל, בעוד המאוורר הוא מערכת קירור אוויר מאולץ אקטיבי.

הרדיאטור הוא מבנה אלומיניום או נחושת שיכול לקבל חום ממקור חום באמצעות הולכה ולהעביר את החום לזרימת האוויר (במקרים מסוימים, למים או לנוזלים אחרים) כדי להשיג הסעה.

גופי קירור מגיעים באלפי גדלים וצורות, החל מסנפירי מתכת קטנים עם טבעות המחברים טרנזיסטור בודד ועד לשחולים גדולים עם סנפירים רבים (אצבעות) שיכולים ליירט זרימת אוויר הסעה ולהעביר אליו חום.

לרדיאטור היתרונות של חוסר חלקים נעים, עלויות תפעול, מצבי כשל וכו'.

ברגע שהרדיאטור מחובר למקור החום, כשהאוויר החם עולה, תתרחש הסעה באופן טבעי, וכך תתחיל ותמשיך ליצור זרימת אוויר.

למרות שהרדיאטור קל לשימוש, ישנם כמה חסרונות: 1. הרדיאטור שמעביר חום גדול הוא גדול, יקר וכבד, ויש למקם אותו נכון, מה שישפיע או יגביל את הפריסה הפיזית של המעגל;

2. הסנפירים עלולים להיחסם על ידי אבק בזרימת האוויר, מה שמפחית את היעילות;

3. יש לחבר אותו כהלכה למקור החום כדי שהחום יוכל לזרום ממקור החום לרדיאטור בצורה חלקה.

לבסוף, מודלים צריכים לפתור שתי בעיות:

1. בעיית פיזור שיא וממוצע. לדוגמה, לרכיב במצב יציב עם פיזור תרמי מתמשך של 1W ולהתקן עם פיזור תרמי של 10W אך עם מחזור עבודה לסירוגין של 10% יש השפעות תרמיות שונות.

כלומר, פיזור החום הממוצע זהה, ומסת החום וזרימת החום הקשורים ייצרו הפצות חום שונות. רוב יישומי ה-CFD יכולים לשלב ניתוח סטטי ודינאמי.

2. החיבור הפיזי הלא מושלם בין רכיבים למשטח הדגם המיניאטורי, כגון החיבור הפיזי בין החלק העליון של חבילת ה-IC לבין גוף הקירור.

אם לחיבור יש מרחק קטן, ההתנגדות התרמית של נתיב זה תגדל, ויש צורך למלא את משטח המגע עם כרית תרמית כדי לשפר את המוליכות התרמית של השביל.

ניהול תרמי יכול להפחית את הטמפרטורה של הרכיבים באספקת החשמל ובסביבה הפנימית, מה שיכול להאריך את חיי המוצר ולשפר את האמינות.

אבל ניהול תרמי הוא מושג משולב, אם מפורקים אותו לפרטי הפרטים, זה נושא ענק.

זה כרוך בהחלפות של גודל, כוח, יעילות, משקל, אמינות ועלות. יש להעריך את העדיפות והאילוצים של הפרויקט.