전원 공급 장치용 열 냉각 설계
우리 모두는 열 관리가 전력 관리의 중요한 측면이라는 것을 알고 있습니다. 구성 요소와 시스템을 온도 제한 내로 유지해야 합니다. 패시브 솔루션은 히트싱크와 히트 파이프로 시작하며 냉각 효과를 향상시키기 위해 능동 냉각을 위해 팬을 사용할 수 있습니다.
구성 요소 수준 및 완제품 수준 시스템 모델링을 통해 설계자는 냉각 전략에 대한 1차 근사 분석을 수행할 수 있습니다. 추가 분석을 위해 전산 유체 역학을 사용하면 전반적인 열 상황과 냉각 전략 변경의 영향을 완전히 이해할 수 있습니다. 모든 열 관리 솔루션은 크기, 전력, 효율성, 무게, 신뢰성 및 비용의 절충안을 포함하며 프로젝트의 우선 순위와 제약 조건을 평가해야 합니다.
모든 열 관리 솔루션은 물리학의 기본 원칙을 따릅니다. 냉각 모드에는 복사, 전도 및 대류의 세 가지 열 전도 방식이 있습니다.
대부분의 전자 시스템에서 필요한 냉각은 열이 전도에 의해 직접 열원을 떠나게 한 다음 대류에 의해 다른 장소로 전달하는 것입니다. 설계 과제는 다양한 열 관리 하드웨어를 결합하여 필요한 전도 및 대류를 효과적으로 달성하는 것입니다. 가장 일반적으로 사용되는 냉각 요소는 라디에이터, 히트 파이프 및 팬의 세 가지입니다. 라디에이터와 히트 파이프는 전원 공급 장치가 없는 수동 냉각 시스템으로 자연 유도 전도 및 대류 방식도 포함합니다. 대조적으로 팬은 능동 강제 공랭 시스템입니다.
방열판 냉각:
방열판은 알루미늄 또는 구리 구조로 전도를 통해 열원에서 열을 얻고 열을 공기 흐름(경우에 따라 물 또는 기타 액체로)으로 전달하여 대류를 실현할 수 있습니다. 라디에이터는 단일 트랜지스터를 연결하는 작은 스탬핑 금속 핀에서 대류 공기 흐름을 가로채고 열을 전달할 수 있는 많은 핀이 있는 대형 돌출부에 이르기까지 수천 가지 크기와 모양으로 제공됩니다.
히트싱크의 장점 중 하나는 움직이는 부품이 없고 운영 비용이 없으며 고장 모드가 없다는 것입니다. 적절한 크기의 방열판이 열원에 연결되면 따뜻한 공기가 상승함에 따라 자연적으로 대류가 발생하여 공기 흐름을 시작하고 계속 형성합니다. 따라서 이러한 장점은 열원의 입구와 출구 사이에 원활한 공기 흐름을 제공하기 위해 방열판을 사용할 때 매우 중요합니다. 또한 입구는 라디에이터 아래에 있어야 하고 출구는 위에 있어야 합니다. 그렇지 않으면 뜨거운 공기가 열원에 정체되어 상황이 더욱 악화됩니다.
히트파이프 추가:
히트 파이프의 기능은 열원에서 열을 흡수하여 더 추운 지역으로 전달하는 것이지만 자체적으로 라디에이터 역할을 하지는 않습니다. 열원 근처에 라디에이터를 배치할 공간이 부족하거나 공기 흐름이 부족한 경우 히트 파이프를 사용할 수 있습니다. 히트 파이프는 효율이 높으며 열원에서 열을 관리하기 더 편리한 장소로 전달할 수 있습니다.
냉각 팬 추가:
분명히 팬은 비용을 증가시키고 공간을 필요로 하며 시스템 소음을 증가시킵니다. 전자 기계 장치로서 팬은 또한 에너지를 소비하고 전체 시스템의 효율성에 영향을 미치는 고장이 발생하기 쉽습니다. 그러나 많은 경우, 특히 공기 흐름 경로가 곡선, 수직 또는 막힌 경우 일반적으로 충분한 공기 흐름을 얻을 수 있는 유일한 방법입니다. 많은 응용 분야에서 속도를 줄이기 위해 필요할 때만 작동하는 열 제어 팬을 사용하여 전력 소비를 줄이고 최적의 작동 속도로 소음을 최소화하는 블레이드를 사용합니다.
모델링 및 열 시뮬레이션:
모델링 및 시뮬레이션은 필요한 냉각 공기의 양과 냉각 달성 방법을 결정하기 위한 효율적인 열 관리 전략에 필수적입니다. 다양한 열원을 통과하는 공기 흐름은 온도를 허용 한계 이하로 유지하도록 크기를 조정할 수 있습니다. 기본 계산을 위해 공기 온도, 비강제 공기 흐름의 가용 흐름, 팬 공기 흐름 및 기타 요소를 사용하여 온도 조건을 대략적으로 이해할 수 있습니다.
약간의 조정을 통해 설계자는 더 큰 공기 포트에 더 많은 공기가 필요한지 확인하고, 다른 공기 흐름 경로가 더 효과적인지 확인하고, 더 크거나 다른 라디에이터 사용의 차이점을 식별하고, 핫스팟을 이동하기 위해 히트 파이프를 사용하는 등을 조사할 수 있습니다. 이러한 CFD 모델링 소프트웨어 패키지는 표 형식의 데이터와 열 발산에 대한 컬러 이미지를 생성할 수 있습니다. 팬 크기, 기류 및 위치의 변경도 모델링하기 쉽습니다.
전력 관리는 또한 열 관리, 특히 전력 관련 기능의 냉각이 열 설계 및 열 축적에 어떻게 영향을 미칠지. 또한 구성 요소 및 시스템이 사양 범위 내에서 계속 작동하더라도 온도가 상승하면 구성 요소 매개변수의 변경으로 인해 성능이 변경됩니다. 과열은 또한 구성 요소의 수명을 단축시켜 평균 고장 간격을 단축할 수 있으며, 이는 장기적인 신뢰성을 보장하기 위해 고려해야 할 요소이기도 합니다.
