سلسلة تكنولوجيا الإدارة الحرارية: إدارة تبريد الطاقة

عندما يذكر مهندسو الكهرباء مصطلح" ؛ إدارة الطاقة&مثل ؛ فإن معظم الناس يفكرون في أنابيب MOS والمحولات والمحولات وما إلى ذلك.

في الواقع ، إدارة الطاقة هي أكثر من ذلك بكثير.

سيولد مصدر الطاقة حرارة أثناء عمله ، وسيؤدي الارتفاع المستمر في درجة الحرارة إلى تغييرات في الأداء ، مما قد يؤدي في النهاية إلى فشل النظام.

بالإضافة إلى ذلك ، ستعمل الحرارة على تقصير عمر المكونات وتؤثر على الموثوقية طويلة المدى.

لذلك ، تتضمن إدارة الطاقة أيضًا الإدارة الحرارية. فيما يتعلق بالإدارة الحرارية ، هناك وجهتان يجب فهمهما:

& مثل؛ Micro&مثل؛|مشكلة

تم تسخين مكون واحد بشكل مفرط بسبب توليد الحرارة الزائدة ، لكن درجة حرارة باقي النظام والحالة ضمن الحد المسموح به.

& quot؛ ماكرو&مثل؛|مشكلة

درجة حرارة النظام بأكمله مرتفعة للغاية بسبب تراكم الحرارة من مصادر حرارة متعددة.

يحتاج المهندس إلى تحديد عدد قضايا الإدارة الحرارية الجزئية والكليّة ، ودرجة الارتباط بين الاثنين.

الفهم البسيط هو أنه حتى لو تجاوز ارتفاع درجة حرارة أحد المكونات المولدة للحرارة الحد المسموح به وتسبب في ارتفاع درجة حرارة النظام بأكمله ، فهذا لا يعني بالضرورة أن النظام بأكمله محموما ، ولكن يجب أن تكون الحرارة الزائدة الناتجة عن المكون تبدد.

إذن أين تذهب الحرارة؟

مبعثرة في مكان أكثر برودة ، يمكن أن تكون الجزء المجاور من النظام والهيكل ، أو يمكن أن تكون خارج الهيكل (ممكن فقط عندما تكون درجة الحرارة الخارجية أقل من درجة الحرارة الداخلية).

تتبع الإدارة الحرارية المبادئ الأساسية للفيزياء. هناك ثلاث طرق للتوصيل الحراري: الإشعاع والتوصيل والحمل الحراري.

بالنسبة لمعظم الأنظمة الإلكترونية ، لتحقيق التبريد المطلوب ، يجب أولاً ترك الحرارة تغادر مصدر الحرارة عن طريق التوصيل ، ثم نقلها إلى أماكن أخرى عن طريق الحمل الحراري.

عند تنفيذ التصميم الحراري ، من الضروري الجمع بين أجهزة الإدارة الحرارية المختلفة لتحقيق التوصيل والحمل الحراري المطلوبين بشكل فعال.

هناك ثلاثة مكونات تبريد شائعة الاستخدام: المشعات وأنابيب الحرارة والمراوح.

المبرد وأنبوب الحرارة عبارة عن أنظمة تبريد سلبية بدون مصدر طاقة ، بينما المروحة عبارة عن نظام تبريد هواء قسري نشط.

المبرد عبارة عن هيكل من الألومنيوم أو النحاس يمكنه الحصول على الحرارة من مصدر الحرارة من خلال التوصيل ونقل الحرارة إلى تدفق الهواء (في بعض الحالات ، إلى الماء أو سوائل أخرى) لتحقيق الحمل الحراري.

تأتي أحواض الحرارة بآلاف الأحجام والأشكال ، بدءًا من الزعانف المعدنية المختومة الصغيرة التي تربط ترانزستورًا واحدًا إلى البثق الكبير مع العديد من الزعانف (الأصابع) التي يمكنها اعتراض تدفق الهواء بالحمل ونقل الحرارة إليه.

يتميز الرادياتير بعدم وجود أجزاء متحركة ، وتكاليف التشغيل ، وأنماط الفشل ، وما إلى ذلك.

بمجرد توصيل المبرد بمصدر الحرارة ، مع ارتفاع الهواء الدافئ ، يحدث الحمل الحراري بشكل طبيعي ، وبالتالي يبدأ ويستمر في تكوين تدفق الهواء.

على الرغم من سهولة استخدام المبرد ، إلا أن هناك بعض العيوب: 1. المبرد الذي ينقل حرارة كبيرة كبير ومكلف وثقيل ، ويجب وضعه بشكل صحيح ، مما سيؤثر أو يحد من التخطيط المادي للوحة الدائرة ؛

2. قد يتم حظر الزعانف بواسطة الغبار في تدفق الهواء ، مما يقلل من الكفاءة.

3. يجب توصيله بشكل صحيح بمصدر الحرارة بحيث يمكن للحرارة أن تتدفق من مصدر الحرارة إلى المبرد بسلاسة.

أخيرًا ، يجب أن تحل النمذجة مشكلتين:

1. مشكلة الذروة ومتوسط ​​التبديد. على سبيل المثال ، يكون لمكون الحالة المستقرة مع تبديد حراري مستمر بمقدار 1 وات وجهاز به تبديد حراري 10 وات ولكن مع دورة عمل متقطعة بنسبة 10٪ تأثيرات حرارية مختلفة.

وهذا يعني أن متوسط ​​تبديد الحرارة هو نفسه ، وسوف ينتج عن الكتلة الحرارية ذات الصلة وتدفق الحرارة توزيعات حرارة مختلفة. يمكن أن تجمع معظم تطبيقات CFD بين التحليل الساكن والديناميكي.

2. الاتصال المادي غير الكامل بين المكونات وسطح النموذج المصغر ، مثل الاتصال المادي بين الجزء العلوي من عبوة IC والمشتت الحراري.

إذا كان الاتصال على مسافة صغيرة ، فستزداد المقاومة الحرارية لهذا المسار ، ومن الضروري ملء سطح التلامس بوسادة حرارية لتعزيز التوصيل الحراري للمسار.

يمكن أن تقلل الإدارة الحرارية من درجة حرارة المكونات في مصدر الطاقة والبيئة الداخلية ، مما يمكن أن يطيل عمر المنتج ويحسن الموثوقية.

لكن الإدارة الحرارية هي مفهوم متكامل ، إذا تم تقسيمها إلى التفاصيل الدقيقة ، فهي موضوع ضخم.

يتضمن مقايضات الحجم والطاقة والكفاءة والوزن والموثوقية والتكلفة. يجب تقييم أولويات وقيود المشروع.