Kas üks jahutusradiaator võib ohutult jahutada mitut võimsuskomponenti?

Kas olete kunagi muretsetud, et üks elektriplaat, millel on mitu kuuma osa, võib läbi põleda, sest jahutus on täiesti vale?

Jah - üks jahutusradiaator saab jahutada ohutult mitut toiteallikat - kui soojusahela, toiteallikate eelarve, elektriline isolatsioon ja paigutus on õigesti kavandatud.

Selle artikli ülejäänud osas selgitan teile, mida tähendab “mitme komponendiga soojusjuhtimine”, miks jagatud jahutusradiaatorid toovad kasu, kuidas saate neid projekteerida ja milliseid moodulisi jahutustrende jälgida. Sukeldume sisse.

Mis on mitmekomponentne soojusjuhtimine?

Kujutage ette, et teil on kolm transistorit, dioodisild ja regulaator ühel plaadil. Nad kõik tekitavad soojust.

Mitmekomponentne soojusjuhtimine tähendab soojuse juhtimist alates mitu seadmed koos, projekteerides, kuidas nende individuaalsed soojuskoormused, soojusvooluteed ja jahutusinfrastruktuur omavahel kokku puutuvad.

Kui ma ütlen “mitme komponendi soojusjuhtimine”, siis pean silmas stsenaariumi, kus samale plaadile või koostule on paigaldatud rohkem kui üks soojust tekitav komponent ja nende jahutus tuleb projekteerida ühiselt, mitte igaühele eraldi. See kontseptsioon tõstatab mitu olulist väljakutset ja võimalust:

Peamised aspektid, mida tuleb arvesse võtta

• Soojusallikad: Igal komponendil (MOSFET, IGBT, diood, regulaator) on oma võimsuskõver. Kogu hallatav soojus on kõigi üksikute seadmete summa (halvimates või tüüpilistes tingimustes).
• Termiline sidumine: Kui mitu komponenti kasutavad ühist jahutusalust, võib ühe seadme soojus tõsta jahutusaluse kohalikku temperatuuri, mis omakorda mõjutab teisi seadmeid.
• Elektriline isolatsioon: Paljudel toiteseadmetel on elektriliselt aktiivsed keeled või kinnitusäärikud. Kui te paigaldate mitu seadet ühisele jahutusalusele, peate kontrollima, kas nende kinnitusflanšid on seotud erinevate potentsiaalidega. Kui see on nii, siis võite vajada isolatsiooni (näiteks mica pad või keraamiline isolaator), mis lisab termilist takistust.
• Soojusradade ja neeldurite mõõtmine: Te peate arvutama nõutava jahutusradiaatori soojustakistuse kombineeritud soojuse hajumise, seadme korpuse või seadme ühenduskoha maksimaalse lubatud temperatuuri, keskkonnatingimuste ja õhu/ümbritseva õhu konvektsiooni põhjal.
• Paigutus ja paigutus: See, kuhu te seadmeid paigutate, on oluline. Kui seadmed asuvad üksteisest kaugel, ei pruugi soojuskiht hästi levida või võivad tekkida mehaanilised pinged (erinev paisumine).
• Usaldusväärsus ja termiline koostoime: Kui ühe seadme tarbimine suureneb järsku (näiteks koormuse muutumise või rikke tõttu), peab ühine neelamisvõrk vastu võtma mitte ainult püsiva, vaid ka muutuva koormuse. Samuti võib ühe seadme termiline läbikukkumine mõjutada naabreid, kui hajuti ei suuda soojust piisavalt isoleerida või levitada.

Lühidalt öeldes tähendab mitme komponendi soojusjuhtimine kogu detailikomplekti soojuse ökosüsteemi - soojuse tekkimise, juhtivuse, leviku, konvektsiooni või sundjahutuse ja seadme töökindluse - projekteerimist, mitte iga komponendi eraldi käsitlemist. See nõuab elektriliste, termiliste, mehaaniliste ja tootmispiirangute kooskõlastamist.

Millised on ühiste jahutusradiaatorite eelised?

Kui teil on mitu kuuma seadet, võib eraldi pesade kasutamine kulutada ruumi ja suurendada kulusid.

Ühised jahutusradiaatorid pakuvad väiksemaid kulusid, lihtsamat montaaži, paremat termilist sobivust ja paremat ruumala kasutamist võrreldes paljude sõltumatute jahutusradiaatoritega.

Siin on põhjalikum ülevaade mitme toiteallikaga komponendi ühise (või ühise) jahutusradiaatori kasutamise eelistest:

1. Kulude ja materjalide kokkuhoid

Ühe suure valamu kasutamine mitme väiksema asemel säästab materjali (metall, pinnaviimistlus), vähendab töödeldavate või pressitud detailide arvu ja lihtsustab inventuuri. Väiksemad osad vähendavad ka kokkupanekuaega ja kinnitusdetailide arvu.

2. Parem termiline sidumine ja tasakaalustamine

Kui seadmed on paigaldatud lähedale ja neil on sama soojuspõhi, võib nende temperatuur olla ühtlasem. Disainilahendustes, kus on vaja ühildatud seadmeid, aitab ühine aluspõhi säilitada sarnaseid korpuse temperatuure (termiline sobitamine), mis võib parandada jõudlust.

3. Ruumi ja õhuvoolu tõhus kasutamine

Ühe jahutusradiaatori saab paigutada nii, et optimeerida õhuvoolu, ja seda saab optimeerida nii, et optimeerida ribide vahekaugust, ribide pikkust, aluspaksust jne. Sõltumatute väikeste jahutusradiaatorite puhul võib igaühel olla ebatõhus õhuvool või ebatõhus lamellide konstruktsioon.

4. Lihtsustatud mehaaniline integreerimine

Seadmete paigaldamine ühele valamule lihtsustab mehaanilist joondamist, kinnitusi ja plaadi kokkupanekut. Mitme mooduli asemel võib ühel alusplaadil olla paigaldusavad ja termilise liidese ala.

5. Termiline varu ja varu

Kuna jagatud valamu võib olla suurem ja paremini projekteeritud (nt suurem pindala, suurem ribide tihedus, parem juhtivus), võib teil olla rohkem varu tippkoormuse või tulevaste uuenduste jaoks.

Tabel: Kasu vs. kompromisside kokkuvõte

Kuidas saab projekteerida mitme seadme jaoks mõeldud jahutusradiaatorit?

Ühise soojusjuhtme projekteerimine tähendab, et peate koguma andmeid, arvutama kombineeritud koormused ja valima hoolikalt geomeetria.

Projekteerimine hõlmab koguvõimsuse hajumise arvutamist, sobiva soojustakistusega aluse ja ribide geomeetria valimist, seadme nõuetekohase paigaldamise ja isolatsiooni tagamist ning kontrollimist simulatsiooni või mõõtmise abil.

Siinkohal tutvustan samm-sammult lähenemisviisi, mida kasutan mitme toiteallikaga komponendi soojusalvestuse projekteerimiseks.

1. samm: Seadme andmete kogumine

Sa pead koguma:

• Iga komponendi hajutusvõimsus
• Maksimaalsed korpuse/liidese temperatuurid
• Elektrilehe konfiguratsioon
• Mehaaniline jalajälg

2. samm: Hinnake kombineeritud võimsust ja vajalikku vastupanu.

Kasutage seda valemit:

[
Rθ{sa} = \frac{T{max} - T{Umbruskond}}{P{total}}
]

3. samm: Valige valamu geomeetria

• Kasutage kõrge soojusjuhtivusega materjale
• Valige sobiv uime tihedus ja suurus
• Tagada hea õhuvool
• Pinnatöötluse kohaldamine soojusemissiooni parandamiseks

4. samm: Plaani paigutus

• Asetage seadmed üksteise lähedale
• Vältida pikka vahemaad nende vahel
• Tagada tasane paigalduspind
• Kasutage TIMi korralikult
• Vältida mehaanilist koormust

Samm 5: Rakendage elektriline isolatsioon

• Kui seadmed on erineva pingega, kasutage mica- või keraamilisi padjaid.
• Kontrollige, et isolatsioon ei lisaks liiga palju soojustakistust.

6. samm: Testide käivitamine

• Kasutage simulatsioonivahendeid, kui need on kättesaadavad
• Prototüüp ja temperatuuri mõõtmine
• Lisage varu tolmu, vananemise ja õhuvoolu muutuste jaoks.

Näidistabel:

Millised suundumused on olemas moodulitevaheliste jahutuslahenduste puhul?

Jahutusnõuded kasvavad koos võimsustiheduse suurenemisega, mistõttu muutuvad modulaarsed jahutussüsteemid üha levinumaks.

Trendide hulka kuuluvad modulaarsed jahutusplokid, mis kinnituvad mitme seadme külge, ümberkonfigureeritavad ribimoodulid, vedelikjahutusega ühendatavad plokid ja standardiseeritud liidesed “jahutuskassettide” jaoks erinevate plaadivariantide puhul.

Siin on mõned peamised suundumused mooduljahutuse valdkonnas:

Modulaarsed alusplaadid

Standardsed pressitud plokid, millel on määratletud paigaldusavad, võimaldavad taaskasutamist erinevates seadmetes.

Konfigureeritavad uime moodulid

Kinnitatavad ribid võimaldavad skaleeritavat jahutust. Mõned süsteemid lisavad suurema soojuskoormuse jaoks ventilaatorid.

Vedelikjahutus

Külmaplaadid ja soojatorud muutuvad tihedates süsteemides üha populaarsemaks.

Plug-and-play termokassetid

Standardmoodulid toetavad uuendusi ning lihtsustavad hooldust ja asendamist.

Digitaalne disain

Jahutusmoodulite simulatsioonimudelid on integreeritud projekteerimisvahenditesse, mis kiirendab süsteemitasandi testimist.

Jätkusuutlikkus

Moodulid vähendavad jäätmeid ja võimaldavad taaskasutust mitme tootepõlve jooksul.

Kokkuvõte

Kokkuvõttes võib üks jahutusruum jahutada ohutult mitut komponenti, kui käsitsete õigesti paigutust, võimsust, isolatsiooni ja geomeetriat. Jagatud jahutusradiaatorid pakuvad tõelist kulu- ja jõudluseeliseid. Modulaarsed jahutustrendid lihtsustavad keerukate süsteemide skaleerimist ja hooldamist.