Conception thermique de l'alimentation SBC
L'ordinateur monocarte (SBC) représente une solution intégrée facile à de nombreux problèmes de contrôle. La popularité de cette idée a conduit à une augmentation du nombre de produits SBC sur le marché, qui couvrent un large éventail d'exigences en matière de performances et de coûts, des solutions basées sur des microcontrôleurs relativement simples aux processeurs hautes performances complexes mais compacts et à la porte hybride programmable sur site. tableaux. En général, la nécessité de regrouper une grande quantité de performances informatiques dans un petit espace pose des défis dans la conception de la coque et du boîtier, et a un effet de chaîne sur le sous-système d'alimentation.
La chaleur a un impact direct sur les performances des systèmes électroniques. Les circuits électroniques, en particulier ceux utilisés pour la conversion et la transmission de puissance, fonctionnent généralement plus efficacement à des températures plus basses et, à leur tour, ont tendance à dissiper moins d'énergie sous forme de chaleur perdue. À mesure que la puissance de sortie de l'ensemble du système augmente, le gain d'efficacité pouvant être obtenu par un refroidissement efficace augmente considérablement.
Le fonctionnement du refroidisseur aura également une réaction en chaîne sur la fiabilité. Si le système fonctionne à une température plus basse, la probabilité de leur défaillance dans un délai donné sera réduite. Ces facteurs font qu'il est important de prendre en compte toutes les possibilités lors de l'examen des options de conception d'alimentation, telles que le refroidissement et les courbes de charge par rapport à l'efficacité. Il existe trois principaux modes de dissipation de la chaleur pour les unités électroniques telles que l'alimentation électrique : le rayonnement, la convection et la conduction. Pour les systèmes électroniques utilisés dans la plupart des environnements, la convection et la conduction sont les plus importantes.
Par convection, lorsque l'énergie est transférée des composants solides du système aux molécules d'air, la chaleur sera transférée de l'alimentation électrique. Le taux de perte de chaleur est proportionnel à la vitesse de l'air circulant dans le système. Par conséquent, le refroidissement par air forcé fournira un degré de refroidissement supérieur au mouvement naturel généré par l'ensemble thermique transférant l'énergie aux molécules d'air.
La conduction à travers le substrat du circuit imprimé ou le châssis du système fournit un autre moyen de dissiper la chaleur de l'alimentation, bien qu'elle soit traditionnellement considérée comme moins importante que la convection. De plus, dans le système basé sur SBC, il est également important que la chaleur de l'alimentation ne puisse pas être transférée au complexe processeur, car cela augmentera la possibilité que l'appareil entre en arrêt thermique pour se protéger dans des conditions de charge élevée.
En règle générale, la teneur élevée en cuivre du PCB et le métal dans le boîtier aident à fournir un bon chemin pour que la chaleur s'écoule de l'alimentation par conduction. Les radiateurs installés à l'extérieur de l'enceinte aideront à transférer la chaleur du système vers des endroits où elle peut être perdue par convection. Il est recommandé de remplir tout espace entre l'équipement à refroidir avec un adhésif thermoconducteur et de maximiser le transfert de chaleur de l'équipement vers le radiateur. Les boulons ou les pinces augmentent la pression de contact, ce qui améliore également le transfert de chaleur dans le dissipateur thermique.
La direction de l'alimentation électrique dans le système affectera également les performances de refroidissement, en fonction de la disposition des composants internes. Comme l'air chaud a tendance à monter, l'alimentation électrique installée sous le SBC a tendance à transférer de la chaleur vers les composants du complexe processeur. Si la carte est installée verticalement et que le bloc d'alimentation est sur le côté, l'influence de l'air chaud sera moindre. Cependant, les composants sensibles à la chaleur peuvent être mieux placés au bas de l'unité.
Lorsque des dissipateurs thermiques sont utilisés en interne, les ailettes du plus grand dissipateur thermique doivent être parallèles à la direction du flux d'air. Naturellement, le flux d'air sera limité par des obstacles, ce qui doit être pris en compte. La façon dont l'air quitte le système aidera à déterminer l'efficacité du flux d'air. Afin d'empêcher l'accumulation de pression et de réduire l'efficacité du ventilateur, la section transversale de la sortie d'air doit être au moins 50 % plus grande que la section transversale de l'entrée.
Compte tenu de ces facteurs, en considérant les paramètres thermiques conçus autour de l'ensemble du système, les concepteurs peuvent non seulement tirer pleinement parti de la disponibilité de SBC hautes performances, mais également tirer pleinement parti des convertisseurs de puissance prêts à l'emploi.
