Trois méthodes efficaces pour la dissipation thermique des modules de puissance

Il existe trois méthodes de base pour le transfert d’énergie du module de puissance d’une zone à haute température à une zone à basse température: le rayonnement, la transmission et la convection.

Radiation:

Le transfert par induction électromagnétique de la chaleur générée entre deux blocs de températures différentes.

Transmission:

Le transfert de la production de chaleur à travers un milieu solide.

Convection:

Le transfert de chaleur à travers un milieu fluide (gaz).

Dans une variété d’applications spécifiques, les trois méthodes de transfert de chaleur ont souvent des niveaux d’effet différents. Dans la plupart des applications, la convection est la méthode de transfert de chaleur la plus critique. Si les deux autres méthodes de dissipation de chaleur sont ajoutées, l’effet réel sera meilleur. Cependant, dans certaines situations, ces deux méthodes peuvent également avoir des effets contre-productifs. Par conséquent, lors de la conception d’un système de dissipation de chaleur de haute qualité, les trois méthodes de transfert de chaleur sont soigneusement prises en compte.

module d’alimentation

1, source de rayonnement, dissipation de chaleur

Lorsque deux interfaces avec des températures différentes se font face, cela provoquera un transfert continu de chaleur par rayonnement.

L’influence finale du rayonnement sur la température de certains blocs est déterminée par de nombreux facteurs : la différence de température des différents composants, l’orientation des composants associés, la douceur de la surface des composants et leur espacement mutuel, etc.

Parce qu’il n’y a aucun moyen d’analyser quantitativement cet élément, plus l’influence de l’échange d’énergie cinétique radiative de l’environnement environnant, il est très compliqué de mesurer les dommages du rayonnement à la température, et il est difficile de calculer avec précision.

Dans l’application spécifique du module de commande du convertisseur de puissance à découpage, il est peu probable qu’il s’appuie uniquement sur la dissipation de chaleur rayonnante comme méthode de refroidissement du convertisseur.

Dans la plupart des cas, la source rayonnante ne dissipe que 10% ou moins de la production totale de chaleur. Par conséquent, la chaleur rayonnante n’est généralement utilisée que comme méthode auxiliaire en plus de la méthode clé de dissipation de la chaleur, et elle n’est généralement pas prise en compte dans le plan de conception thermique. L’influence de la température du module d’alimentation. Dans des applications spécifiques, la température du module de commande général du convertisseur est supérieure à la température ambiante naturelle. Par conséquent, le transfert d’énergie cinétique rayonnante est propice à la dissipation de la chaleur. Cependant, dans certaines conditions, la température de certaines sources de chaleur (cartes électroniques, résistances haute puissance, etc.) autour du module de commande est supérieure à la température du module d’alimentation, et la chaleur rayonnante de ces objets augmentera la température du module de commande.

Dans le plan de conception de dissipation de chaleur, les positions relatives des composants périphériques du module de commande du convertisseur doivent être disposées scientifiquement en fonction de l’influence que le rayonnement thermique provoquera. Lorsque les composants chauds sont proches du module de commande du convertisseur, afin d’affaiblir l’effet de chauffage de la source de rayonnement, les fines ailettes du panneau d’isolation thermique doivent être insérées entre le module de commande et les composants chauds.

2, dissipation de la chaleur de transmission

Dans de nombreuses applications, la chaleur générée sur le substrat du module d’alimentation doit être transférée sur une longue surface de dissipation de chaleur par le biais de composants de transfert de chaleur. De cette façon, la température du substrat du module de puissance sera équivalente à la somme de la température de la surface de dissipation de chaleur, de la température des composants de transfert de chaleur et de la température des deux surfaces.

La résistance thermique des composants de transfert de chaleur est proportionnelle à la longueur L entre les deux, et inversement proportionnelle à la section transversale et au taux de transfert de chaleur entre les deux. L’utilisation de matières premières et de sections transversales appropriées peut également réduire efficacement la résistance thermique des composants de transfert de chaleur. Lorsque l’espace et le coût d’installation sont autorisés, le radiateur avec la moindre résistance thermique doit être utilisé. Il convient de garder à l’esprit que si la température du substrat du module d’alimentation diminue légèrement, le temps moyen entre les pannes (MTBF) augmentera considérablement.

Les matières premières pour la production de dissipateurs thermiques sont un élément clé qui affecte l’efficacité, vous devez donc faire attention à de nombreux aspects lors de la sélection. Dans la plupart des applications, la chaleur générée par le module d’alimentation sera transférée du substrat au dissipateur de chaleur ou aux composants de transfert de chaleur. Cependant, il y aura une différence de température à la surface entre le substrat du module d’alimentation et les composants de transfert de chaleur. Ce type de différence de température doit être contrôlé.

La résistance thermique est connectée en série dans la boucle de contrôle de dissipation thermique. La température du substrat doit être la température de surface et les composants de transfert de chaleur. Somme de la température. S’il n’est pas contrôlé, l’élévation de température de la surface sera très évidente. La surface totale doit être aussi grande que possible et la douceur de la surface doit être inférieure à 5 mils (0,005 pied). Afin de mieux éliminer les irrégularités de la surface, vous pouvez remplir la surface avec de la colle conductrice thermique ou un tampon de transfert de chaleur. ) Après avoir pris les contre-mesures appropriées, la résistance thermique de surface peut être réduite à moins de 0,1 °C/W. Ce n’est qu’en réduisant la résistance thermique à dissipation thermique (RTH) ou en réduisant la consommation d’énergie (Ploss) que la température peut être réduite et que le TAmax peut être augmenté.

La puissance maximale de l’alimentation à découpage est liée à la température de la scène d’application. Les principaux paramètres qui affectent la perte de puissance de sortie Ploss, la résistance thermique RTH et la température de découpage d’alimentation à découpage la plus élevée TC. L’alimentation à découpage avec un rendement élevé et une meilleure dissipation de chaleur aura une température plus basse. Lorsque la puissance de sortie nominale est sortie, leur température utilisable sera marginale. La température d’une alimentation à découpage avec un rendement inférieur ou une faible dissipation de chaleur sera plus élevée. Ils doivent être refroidis à l’air ou déclassés.

3, dissipation de la chaleur par convection

La dissipation de chaleur par convection est la méthode de dissipation thermique la plus couramment utilisée pour les convertisseurs de puissance Aipu. La convection est généralement divisée en convection naturelle et convection forcée. Le transfert de chaleur de la surface du bloc chaud au gaz statique environnant à une température plus basse est appelé convection naturelle; le transfert de chaleur de la surface du bloc chaud au gaz fluide est appelé convection forcée.    　　Les avantages de la convection naturelle sont qu’elle est très facile à mettre en œuvre, ne nécessite pas de ventilateurs électriques, est peu coûteuse et a une grande fiabilité dans la dissipation de la chaleur. Cependant, contrairement à la convection forcée, pour obtenir la même température de substrat, un grand dissipateur de chaleur est nécessaire.

La conception du radiateur à convection naturelle doit également faire attention aux éléments suivants:

Généralement, seuls les principaux paramètres des dissipateurs thermiques verticaux sont donnés pour les dissipateurs thermiques. L’effet réel de dissipation de la chaleur du dissipateur de chaleur horizontal est faible. Si une installation horizontale est nécessaire, la surface du radiateur doit être augmentée de manière appropriée et la dissipation thermique par convection forcée peut également être utilisée.