Loạt công nghệ quản lý nhiệt: Quản lý làm mát điện
Khi các kỹ sư điện đề cập đến thuật ngữ" quản lý điện năng" ;, hầu hết mọi người đều nghĩ đến ống MOS, bộ chuyển đổi, máy biến áp, v.v.
Trên thực tế, quản lý quyền lực còn nhiều hơn thế.
Nguồn điện sẽ tạo ra nhiệt khi nó hoạt động và nhiệt độ tăng liên tục sẽ gây ra những thay đổi về hiệu suất, cuối cùng có thể dẫn đến hỏng hóc hệ thống.
Ngoài ra, nhiệt sẽ làm giảm tuổi thọ của các linh kiện và ảnh hưởng đến độ tin cậy lâu dài.
Do đó, quản lý điện năng cũng liên quan đến quản lý nhiệt. Về quản lý nhiệt, cần hiểu rõ hai quan điểm:
& quot; Vi"|Vấn đề
Một bộ phận đơn lẻ đã quá nóng do sinh nhiệt quá mức, nhưng nhiệt độ của phần còn lại của hệ thống và vỏ máy đều nằm trong giới hạn cho phép.
& quot; Macro"|Vấn đề
Nhiệt độ của toàn bộ hệ thống quá cao do sự tích tụ nhiệt từ nhiều nguồn nhiệt.
Kỹ sư cần xác định có bao nhiêu vấn đề quản lý nhiệt là vi mô và vĩ mô, và mức độ tương quan giữa hai vấn đề này.
Hiểu đơn giản là ngay cả khi độ tăng nhiệt của bộ phận sinh nhiệt vượt quá giới hạn cho phép và làm cho toàn bộ hệ thống nóng lên thì điều đó không nhất thiết có nghĩa là toàn bộ hệ thống bị quá nhiệt, mà nhiệt lượng thừa do bộ phận tạo ra phải bị tiêu biến.
Vậy nhiệt sẽ đi đâu?
Rải rác đến một nơi lạnh hơn, nó có thể là phần tiếp giáp của hệ thống và khung xe, hoặc có thể ở bên ngoài khung máy (chỉ có thể thực hiện được khi nhiệt độ bên ngoài thấp hơn nhiệt độ bên trong).
Quản lý nhiệt tuân theo các nguyên tắc cơ bản của vật lý. Có ba cách dẫn nhiệt: bức xạ, dẫn truyền và đối lưu.
Đối với hầu hết các hệ thống điện tử, để đạt được khả năng làm mát cần thiết trước tiên phải để nhiệt rời khỏi nguồn nhiệt bằng cách dẫn, sau đó truyền nó đến những nơi khác bằng đối lưu.
Khi thực hiện thiết kế nhiệt, cần phải kết hợp nhiều phần cứng quản lý nhiệt khác nhau để đạt được hiệu quả dẫn truyền và đối lưu cần thiết.
Có 3 bộ phận làm mát được sử dụng phổ biến nhất là bộ tản nhiệt, ống dẫn nhiệt và quạt.
Bộ tản nhiệt và ống dẫn nhiệt là hệ thống làm mát thụ động không cần nguồn điện, còn quạt là hệ thống làm mát bằng gió cưỡng bức chủ động.
Bộ tản nhiệt là một cấu trúc bằng nhôm hoặc đồng có thể thu nhiệt từ nguồn nhiệt thông qua quá trình dẫn và truyền nhiệt cho luồng không khí (trong một số trường hợp là đến nước hoặc các chất lỏng khác) để đạt được sự đối lưu.
Tản nhiệt có hàng nghìn kích cỡ và hình dạng, từ những cánh tản nhiệt nhỏ bằng kim loại được dập kết nối một bóng bán dẫn đến những khối đùn lớn có nhiều cánh tản nhiệt (ngón tay) có thể chặn dòng không khí đối lưu và truyền nhiệt sang nó.
Bộ tản nhiệt có ưu điểm là không có bộ phận chuyển động, chi phí vận hành, chế độ hỏng hóc, v.v.
Khi bộ tản nhiệt được kết nối với nguồn nhiệt, khi không khí ấm tăng lên, sự đối lưu sẽ tự nhiên xảy ra, do đó bắt đầu và tiếp tục tạo thành dòng không khí.
Bộ tản nhiệt tuy dễ sử dụng nhưng có một số hạn chế: 1. Bộ tản nhiệt truyền nhiệt lớn, tốn kém, nặng và phải đặt đúng vị trí sẽ ảnh hưởng hoặc hạn chế đến bố cục vật lý của bảng mạch;
2. Các cánh tản nhiệt có thể bị chặn bởi bụi trong luồng không khí, làm giảm hiệu quả;
3. Nó phải được kết nối chính xác với nguồn nhiệt để nhiệt có thể truyền từ nguồn nhiệt đến bộ tản nhiệt một cách trơn tru.
Cuối cùng, mô hình hóa phải giải quyết hai vấn đề:
1. Vấn đề tiêu tán đỉnh và trung bình. Ví dụ, linh kiện ở trạng thái ổn định có công suất tản nhiệt liên tục là 1W và thiết bị có công suất tản nhiệt là 10W nhưng với chu kỳ làm việc không liên tục 10% có các hiệu ứng nhiệt khác nhau.
Có nghĩa là, tản nhiệt trung bình là như nhau, và khối lượng nhiệt và dòng nhiệt liên quan sẽ tạo ra sự phân bố nhiệt khác nhau. Hầu hết các ứng dụng CFD có thể kết hợp phân tích tĩnh và động.
2. Kết nối vật lý không hoàn hảo giữa các thành phần và bề mặt của mô hình thu nhỏ, chẳng hạn như kết nối vật lý giữa phần trên cùng của gói IC và bộ tản nhiệt.
Nếu mối nối có khoảng cách nhỏ thì điện trở nhiệt của đường dẫn này sẽ tăng lên, khi đó cần phải lấp đầy bề mặt tiếp xúc bằng tấm tản nhiệt để tăng cường khả năng dẫn nhiệt của đường dẫn.
Quản lý nhiệt có thể làm giảm nhiệt độ của các bộ phận trong nguồn điện và môi trường bên trong, có thể kéo dài tuổi thọ sản phẩm và cải thiện độ tin cậy.
Nhưng quản lý nhiệt là một khái niệm tổng hợp, nếu được chia nhỏ đến từng chi tiết nhỏ, nó là một chủ đề rất lớn.
Nó liên quan đến sự đánh đổi của kích thước, công suất, hiệu quả, trọng lượng, độ tin cậy và chi phí. Mức độ ưu tiên và các ràng buộc của dự án phải được đánh giá.
