Penyelesaian pengurusan haba utama bekalan kuasa

Pengurusan terma mematuhi prinsip asas fizik. Terdapat tiga cara pengaliran haba: sinaran, pengaliran dan perolakan.

Bagi kebanyakan sistem elektronik, untuk mencapai penyejukan yang diperlukan adalah dengan terlebih dahulu membiarkan haba meninggalkan sumber haba melalui pengaliran, dan kemudian memindahkannya ke tempat lain melalui perolakan.

Apabila melakukan reka bentuk terma, adalah perlu untuk menggabungkan pelbagai perkakasan pengurusan haba untuk mencapai pengaliran dan perolakan yang diperlukan dengan berkesan.

Terdapat tiga komponen penyejukan yang paling biasa digunakan: sink haba, paip haba dan kipas.

Sinki haba dan paip haba adalah sistem penyejukan pasif tanpa bekalan kuasa, manakala kipas adalah sistem penyejukan udara paksa aktif.

Radiator ialah struktur aluminium atau tembaga yang boleh memperoleh haba daripada sumber haba melalui pengaliran dan memindahkan haba ke aliran udara (dalam beberapa kes, ke air atau cecair lain) untuk mencapai perolakan.

Sinki haba datang dalam beribu-ribu saiz dan bentuk, daripada sirip logam bercop kecil yang menyambungkan satu transistor kepada penyemperitan besar dengan banyak sirip (jari) yang boleh memintas aliran udara perolakan dan memindahkan haba kepadanya.

Radiator mempunyai kelebihan tiada bahagian bergerak, kos operasi, mod kegagalan, dll.

Sebaik sahaja radiator disambungkan ke sumber haba, apabila udara panas meningkat, perolakan secara semula jadi akan berlaku, dengan itu memulakan dan terus membentuk aliran udara.

Walaupun radiator mudah digunakan, terdapat beberapa kelemahan:

• Radiator yang menghantar haba yang besar adalah besar, mahal dan berat, dan mesti diletakkan dengan betul, yang akan menjejaskan atau mengehadkan susun atur fizikal papan litar;

• 
  

• Sirip mungkin disekat oleh habuk dalam aliran udara, mengurangkan kecekapan;

• 
  

• Ia mesti disambungkan dengan betul kepada punca haba supaya haba boleh mengalir dari punca haba ke radiator dengan lancar.

Paip haba

Ia adalah satu lagi komponen penting dalam suite pengurusan haba, yang boleh memindahkan haba dari titik A ke titik B tanpa sebarang bentuk mekanisme paksaan aktif.

Ia mengandungi teras tersinter dan tiub logam tertutup cecair kerja. Ia tidak bertindak sebagai radiator dengan sendirinya. Fungsinya adalah untuk menyerap haba daripada sumber haba dan memindahkannya ke kawasan yang lebih sejuk.

Paip haba boleh digunakan apabila tiada ruang yang cukup berhampiran sumber haba untuk meletakkan radiator atau aliran udara tidak mencukupi. Paip haba mempunyai kecekapan kerja yang tinggi dan boleh memindahkan haba dari sumber ke tempat yang lebih mudah untuk diurus.

Prinsip kerjanya mudah dan bijak:

Sumber haba menukarkan bendalir kerja kepada wap dalam tiub tertutup, dan wap memindahkan haba ke hujung paip haba yang lebih sejuk. Pada hujung ini, wap terpeluwap menjadi cecair dan membebaskan haba, manakala bendalir kembali ke hujung yang lebih panas.

Proses transformasi gas-cecair ini berjalan secara berterusan dan hanya didorong oleh perbezaan suhu antara hujung sejuk dan hujung panas. Menyambungkan radiator atau peranti penyejuk lain pada hujung sejuk boleh menyelesaikan masalah pelesapan haba tempat panas tempatan di mana aliran udara tersekat.

kipas

Ia adalah langkah pertama ke arah sink haba aktif yang disejukkan dengan udara paksa, selain daripada radiator pasif dan paip haba, tetapi kipas juga mempunyai kelemahan:

kos tinggi, memerlukan ruang, meningkatkan bunyi sistem;

Terdedah kepada kegagalan, menggunakan tenaga dan menjejaskan kecekapan keseluruhan sistem

Tetapi dalam banyak kes, terutamanya apabila laluan aliran udara melengkung, menegak atau tidak lancar, mereka biasanya satu-satunya cara untuk mendapatkan aliran udara yang mencukupi.

Parameter utama yang mentakrifkan kapasiti kipas ialah panjang unit atau kadar aliran isipadu unit udara seminit.

Walau bagaimanapun, saiz fizikal adalah masalah: kipas besar dengan kelajuan putaran rendah boleh menghasilkan aliran udara yang sama seperti kipas kecil dengan kelajuan putaran tinggi, jadi terdapat pertukaran antara saiz dan kelajuan.

Pemodelan dan simulasi komprehensif

Sistem pasif yang berasingan bersaiz lebih besar, tetapi lebih dipercayai dan cekap, dan kipas boleh memainkan peranan dalam situasi di mana penyejukan pasif tidak boleh digunakan bersendirian.

Sistem mana yang hendak dipilih untuk penyejukan selalunya merupakan keputusan yang sukar.

Pada masa ini, adalah perlu untuk menentukan berapa banyak udara penyejukan yang diperlukan dan cara mencapai penyejukan melalui pemodelan dan simulasi, yang penting untuk strategi pengurusan haba yang cekap.

Untuk model kecil, sumber haba dan laluan aliran habanya dicirikan oleh rintangan habanya, dan rintangan haba ditentukan oleh bahan, kualiti dan saiz yang digunakan.

Pemodelan menunjukkan cara haba mengalir dari sumber haba dan juga merupakan langkah pertama dalam menilai komponen yang menyebabkan kemalangan haba akibat pelesapan haba mereka sendiri.

Contohnya, pembekal peranti seperti IC pelesapan haba tinggi, MOSFET dan IGBT biasanya menyediakan model terma yang boleh memberikan butiran laluan terma daripada sumber haba ke permukaan peranti.

Setelah beban terma setiap komponen diketahui, langkah seterusnya adalah untuk memodelkan pada tahap makro, yang mudah dan kompleks:

Laraskan saiz aliran udara melalui pelbagai sumber haba untuk mengekalkan suhunya di bawah had yang dibenarkan; gunakan suhu udara, aliran udara tak paksa aliran tersedia, aliran udara kipas dan faktor lain untuk melakukan pengiraan asas untuk memahami secara kasar keadaan suhu.

Langkah seterusnya ialah menggunakan model dan lokasi setiap sumber haba, papan PC, permukaan cangkerang dan faktor lain untuk melaksanakan pemodelan yang lebih kompleks bagi keseluruhan produk dan pembungkusannya.

Akhirnya, pemodelan perlu menyelesaikan dua masalah:

Masalah pelesapan puncak dan purata. Sebagai contoh, komponen keadaan mantap dengan pelesapan haba berterusan 1W dan peranti dengan pelesapan haba 10W tetapi dengan kitaran tugas terputus-putus 10% mempunyai kesan haba yang berbeza.

Maksudnya, pelesapan haba purata adalah sama, dan jisim haba dan aliran haba yang berkaitan akan menghasilkan pengagihan haba yang berbeza. Kebanyakan aplikasi CFD boleh menggabungkan analisis statik dan dinamik.

Ketidaksempurnaan sambungan fizikal antara permukaan komponen dan model kecil, seperti sambungan fizikal antara bahagian atas pakej IC dan sink haba.

Sekiranya sambungan mempunyai jarak yang kecil, rintangan haba laluan ini akan meningkat, dan perlu mengisi permukaan sentuhan dengan pad haba untuk meningkatkan kekonduksian terma laluan.

Pengurusan terma boleh mengurangkan suhu komponen dalam bekalan kuasa dan persekitaran dalaman, yang boleh memanjangkan hayat produk dan meningkatkan kebolehpercayaan.

Tetapi pengurusan terma adalah konsep bersepadu, jika dipecahkan kepada minutiae, ia adalah subjek yang besar.

Ia melibatkan pertukaran saiz, kuasa, kecekapan, berat, kebolehpercayaan dan kos. Keutamaan dan kekangan projek mesti dinilai.