Три эффективных метода отвода тепла силовых модулей
Существует три основных метода передачи энергии силового модуля из зоны с высокой температурой в зону с низкой температурой: излучение, передача и конвекция.
Излучение: Электромагнитная индукционная передача тепла, генерируемого между двумя блоками с разными температурами.
Передача: передача тепла через твердую среду.
Конвекция: передача тепла через жидкую среду (газ)
Во множестве конкретных применений все три метода теплопередачи часто имеют разный уровень воздействия. В большинстве случаев конвекция является наиболее важным методом теплопередачи. Если добавить два других метода отвода тепла, фактический эффект будет лучше. Однако в некоторых ситуациях эти два метода также могут иметь контрпродуктивный эффект. Поэтому при проектировании качественной системы отвода тепла следует тщательно учитывать все три метода теплопередачи.
Модуль питания
1. Отвод тепла от источника излучения
Когда две границы раздела с разными температурами обращены друг к другу, это вызовет непрерывную радиационную передачу тепла.
Окончательное влияние излучения на температуру определенных объектов определяется многими факторами: разницей температур различных компонентов, ориентацией связанных компонентов, гладкостью поверхности компонентов и расстоянием между ними. Поскольку нет возможности количественно проанализировать этот элемент, плюс влияние собственного радиационного кинетического обмена энергии окружающей среды' очень сложно измерить вред излучения для температуры, и трудно точно вычислить.
В конкретном применении модуля управления преобразователем импульсного источника питания маловероятно, что в качестве метода охлаждения преобразователя будет полагаться только на рассеивание лучистого тепла. В большинстве случаев излучающий источник рассеивает только 10% или меньше общего тепловыделения. Поэтому лучистое тепло обычно используется только в качестве вспомогательного метода в дополнение к основному методу отвода тепла и обычно не учитывается в плане теплового проектирования.
Влияние температуры модуля питания. В особых случаях температура основного модуля управления преобразователем выше, чем естественная температура окружающей среды.
Следовательно, передача лучистой кинетической энергии способствует рассеиванию тепла. Однако при некоторых условиях температура некоторых источников тепла (плат электронных устройств, мощных резисторов и т. Д.) Вокруг модуля управления выше, чем температура модуля питания, и излучаемое ими тепло этих объектов приведет к увеличению температуры. модуля управления.
В плане рассеивания тепла относительные положения периферийных компонентов модуля управления преобразователем должны быть расположены с научной точки зрения в соответствии с влиянием, которое будет вызывать тепловое излучение. Когда горячие компоненты находятся рядом с модулем управления преобразователем, чтобы ослабить эффект нагрева от источника излучения, между модулем управления и горячими компонентами должны быть вставлены тонкие ребра теплоизоляционной платы.
2. Рассеивание тепла трансмиссией
Во многих случаях тепло, выделяемое на подложке силового модуля, должно передаваться на длинную поверхность рассеивания тепла через компоненты теплопередачи. Таким образом, температура подложки силового модуля будет эквивалентна сумме температуры поверхности рассеивания тепла, температуры компонентов теплопередачи и температуры обеих поверхностей. Тепловое сопротивление компонентов теплопередачи пропорционально длине L между ними и обратно пропорционально площади поперечного сечения и скорости теплопередачи между ними. Использование соответствующего сырья и соответствующих площадей поперечного сечения также может эффективно снизить тепловое сопротивление компонентов теплопередачи. Если позволяет место для установки и стоимость, следует использовать радиатор с наименьшим тепловым сопротивлением. Следует иметь в виду, что если температура подложки силового модуля немного снизится, среднее время наработки на отказ (MTBF) значительно увеличится.
Сырье для производства радиаторов является ключевым элементом, влияющим на эффективность, поэтому при выборе необходимо обращать внимание на многие аспекты. В большинстве случаев тепло, выделяемое силовым модулем, будет передаваться от подложки к радиатору или компонентам теплопередачи. Однако на поверхности между подложкой силового модуля и компонентами теплопередачи будет разница температур. Такой тип перепада температур необходимо контролировать. Тепловое сопротивление последовательно подключено к контуру управления отводом тепла. Температура основы должна соответствовать температуре поверхности и компонентов теплопередачи. Сумма температуры. Если это не контролировать, повышение температуры поверхности будет очень очевидным. Общая площадь поверхности должна быть как можно большей, а гладкость поверхности должна быть в пределах 5 мил (0,005 футов). Чтобы лучше убрать неровности поверхности, можно залить поверхность теплопроводным клеем или теплопроводящей подушечкой. ) После принятия соответствующих мер тепловое сопротивление поверхности может быть снижено до менее 0,1 ℃ / Вт. Только за счет уменьшения теплового сопротивления рассеивания тепла (RTH) или снижения энергопотребления (Ploss) можно снизить температуру и увеличить TAmax. Максимальная мощность импульсного источника питания зависит от температуры рабочей области. Основные параметры, влияющие на потери выходной мощности Ploss, тепловое сопротивление RTH и максимальную импульсную температуру блока питания TC. Импульсный источник питания с высоким КПД и лучшим тепловыделением будет иметь более низкую температуру. При номинальной выходной мощности их доступный температурный запас. Температура импульсного источника питания с более низким КПД или слабым тепловыделением будет выше. Они должны иметь воздушное охлаждение или иметь пониженные характеристики для применения.
3. Отвод тепла конвекцией.
Конвекционный отвод тепла - наиболее часто используемый метод отвода тепла в преобразователях мощности Epson. Конвекцию обычно делят на два типа: естественная конвекция и принудительная конвекция. Передача тепла от поверхности горячего блока к окружающему статическому газу с более низкой температурой называется естественной конвекцией; Передача тепла от поверхности горячего блока к текучему газу называется принудительной конвекцией.
Преимущества естественной конвекции заключаются в том, что она очень проста в реализации, не требует электрических вентиляторов, имеет низкую стоимость и высокую надежность в отводе тепла. Однако, в отличие от принудительной конвекции, для достижения той же температуры подложки требуется большой радиатор.
При проектировании радиатора с естественной конвекцией следует также обратить внимание на следующее:
Как правило, для радиатора приводятся только основные параметры вертикального радиатора. Фактический эффект рассеивания тепла горизонтальным радиатором слабый. Если требуется горизонтальная установка, следует соответствующим образом увеличить площадь радиатора, а также можно использовать отвод тепла с помощью принудительной конвекции.
