Conception de refroidissement thermique pour les dispositifs d'alimentation
Nous savons tous que la gestion thermique est un aspect important de la gestion de l'alimentation. Il doit maintenir les composants et les systèmes dans les limites de température. Les solutions passives commencent par des dissipateurs thermiques et des caloducs, et peuvent utiliser des ventilateurs pour un refroidissement actif afin d'améliorer l'effet de refroidissement.
La modélisation du système au niveau des composants et au niveau du produit fini permet aux concepteurs de faire une analyse approximative de premier ordre de la stratégie de réfrigération. L'utilisation de la dynamique des fluides computationnelle pour une analyse plus approfondie permet de comprendre pleinement la situation thermique globale et l'impact des changements dans la stratégie de réfrigération. Toutes les solutions de gestion thermique impliquent des compromis en termes de taille, de puissance, d'efficacité, de poids, de fiabilité et de coût, et doivent évaluer les priorités et les contraintes du projet.
Toutes les solutions de gestion thermique suivent les principes de base de la physique. En mode refroidissement, il existe trois voies de conduction thermique : rayonnement, conduction et convection
Pour la plupart des systèmes électroniques, le refroidissement requis consiste à laisser la chaleur quitter la source de chaleur directe par conduction, puis à la transférer vers d'autres endroits par convection. Le défi de conception consiste à combiner divers matériels de gestion thermique pour obtenir efficacement la conduction et la convection requises. Il existe trois éléments de refroidissement les plus couramment utilisés : le radiateur, le caloduc et le ventilateur. Les radiateurs et les caloducs sont des systèmes de refroidissement passifs sans alimentation électrique, qui incluent également des méthodes de conduction et de convection induites naturellement. En revanche, le ventilateur est un système de refroidissement à air pulsé actif.
Refroidissement par dissipateur :
Le dissipateur thermique est une structure en aluminium ou en cuivre, qui peut obtenir de la chaleur de la source de chaleur par conduction et transférer la chaleur au flux d'air (dans certains cas, à l'eau ou à d'autres liquides) pour réaliser la convection. Les radiateurs existent en milliers de tailles et de formes, des petites ailettes métalliques estampées reliant un seul transistor aux grandes extrusions avec de nombreuses ailettes qui peuvent intercepter et transférer la chaleur au flux d'air convectif.
L'un des avantages du dissipateur thermique est qu'il n'y a pas de pièces mobiles, pas de coûts d'exploitation et pas de modes de défaillance. Une fois qu'un radiateur correctement dimensionné est connecté à la source de chaleur, à mesure que l'air chaud monte, la convection se produira naturellement, commençant et continuant à former un flux d'air. Par conséquent, ces avantages sont très importants lors de l'utilisation d'un dissipateur thermique pour fournir un flux d'air régulier entre l'entrée et la sortie de la source de chaleur. De plus, l'entrée doit être en dessous du radiateur et la sortie doit être au-dessus ; Sinon, l'air chaud stagnera sur la source de chaleur, ce qui aggravera encore la situation.
Ajouter des caloducs :
La fonction du caloduc est d'absorber la chaleur de la source de chaleur et de la transférer vers la zone la plus froide, mais il n'agit pas lui-même comme un radiateur. Lorsqu'il n'y a pas assez d'espace près de la source de chaleur pour placer le radiateur ou que le débit d'air est insuffisant, le caloduc peut être utilisé. Le caloduc a un rendement élevé et peut transférer la chaleur de la source vers un endroit plus pratique pour la gestion.
Ajout d'un ventilateur de refroidissement :
De toute évidence, les ventilateurs augmenteront les coûts, nécessiteront de l'espace et augmenteront le bruit du système. En tant que dispositif électromécanique, le ventilateur est également sujet aux pannes, ce qui consomme de l'énergie et affecte l'efficacité de l'ensemble du système. Cependant, dans de nombreux cas, en particulier lorsque le trajet du flux d'air est courbe, vertical ou bloqué, ils sont généralement le seul moyen d'obtenir un flux d'air suffisant. De nombreuses applications utilisent des ventilateurs à commande thermique qui fonctionnent uniquement lorsque cela est nécessaire pour réduire la vitesse, réduisant ainsi la consommation d'énergie, et utilisent des pales qui minimisent le bruit à la vitesse de fonctionnement optimale.
Modélisation et simulation thermique :
La modélisation et la simulation sont essentielles pour une stratégie de gestion thermique efficace afin de déterminer la quantité d'air de refroidissement nécessaire et la manière dont le refroidissement est obtenu. Le flux d'air à travers diverses sources de chaleur peut être dimensionné pour maintenir sa température en dessous de la limite autorisée. En utilisant la température de l'air, le débit d'air non forcé disponible, le débit d'air du ventilateur et d'autres facteurs pour le calcul de base, nous pouvons comprendre approximativement la condition de température.
En procédant à quelques ajustements, les concepteurs peuvent voir si les grands orifices d'aération nécessitent plus d'air, déterminer si d'autres voies de circulation d'air sont plus efficaces, identifier les différences dans l'utilisation de radiateurs plus grands ou différents, étudier l'utilisation de caloducs pour déplacer les points chauds, etc. Ces progiciels de modélisation CFD peuvent générer des données tabulaires et des images couleur de la dissipation thermique. Les changements de taille, de débit d'air et de position du ventilateur sont également faciles à modéliser.
La gestion de l'alimentation et la gestion thermique, en particulier la façon dont le refroidissement des fonctions liées à l'alimentation affectera la conception thermique et l'accumulation de chaleur. De plus, même si les composants et les systèmes continuent de fonctionner dans la plage de spécifications, l'augmentation de la température entraînera des changements de performances avec le changement des paramètres des composants. La surchauffe peut également raccourcir la durée de vie des composants et donc raccourcir le temps moyen entre les pannes, ce qui est également un facteur à prendre en compte pour assurer une fiabilité à long terme.
