열 관리 기술 시리즈: 전력 냉각 관리
전기 엔지니어가&'전력 관리&'라는 용어를 언급할 때 대부분의 사람들은 MOS 튜브, 변환기, 변압기 등을 생각합니다.
사실, 전원 관리는 그 이상입니다.
전원 공급 장치가 작동 중일 때 열이 발생하고 지속적인 온도 상승은 성능 변화를 일으켜 결국 시스템 장애로 이어질 수 있습니다.
또한 열은 구성 요소의 수명을 단축시키고 장기적인 신뢰성에 영향을 미칩니다.
따라서 전원 관리에는 열 관리도 포함됩니다. 열 관리와 관련하여 이해해야 하는 두 가지 관점이 있습니다.
& quot;마이크로"|문제
과도한 발열로 인해 단일 구성 요소가 과열되었지만 나머지 시스템 및 케이스의 온도는 한계 내입니다.
& quot;매크로"|문제
여러 열원에서 열이 축적되어 전체 시스템의 온도가 너무 높습니다.
엔지니어는 미시적 및 거시적 열 관리 문제의 수와 둘 사이의 상관 관계 정도를 결정해야 합니다.
단순한 이해는 발열 부품의 온도 상승이 허용 한계를 초과하여 전체 시스템이 가열되더라도 반드시 전체 시스템이 과열된다는 것을 의미하지는 않지만 구성 요소에서 발생하는 과도한 열은 소실되다.
그럼 열은 어디로 가는 걸까요?
더 추운 곳에 흩어져 시스템과 섀시의 인접 부분일 수도 있고, 섀시 외부일 수도 있습니다(외부 온도가 내부 온도보다 낮은 경우에만 가능).
열 관리는 물리학의 기본 원칙을 따릅니다. 열 전도에는 복사, 전도 및 대류의 세 가지 방법이 있습니다.
대부분의 전자 시스템에서 필요한 냉각을 달성하려면 먼저 열이 전도에 의해 열원을 떠나게 한 다음 대류에 의해 다른 장소로 전달합니다.
열 설계를 수행할 때 필요한 전도 및 대류를 효과적으로 달성하기 위해 다양한 열 관리 하드웨어를 결합해야 합니다.
가장 일반적으로 사용되는 냉각 구성 요소는 라디에이터, 히트 파이프 및 팬의 세 가지입니다.
라디에이터와 히트 파이프는 전원 공급 장치가 없는 수동 냉각 시스템이고 팬은 능동 강제 공기 냉각 시스템입니다.
라디에이터는 전도를 통해 열원에서 열을 얻고 열을 공기 흐름(일부 경우에는 물 또는 기타 액체)으로 전달하여 대류를 달성할 수 있는 알루미늄 또는 구리 구조입니다.
방열판은 단일 트랜지스터를 연결하는 작은 스탬핑 금속 핀부터 대류 공기 흐름을 차단하고 열을 전달할 수 있는 핀(손가락)이 많은 대형 압출에 이르기까지 수천 가지 크기와 모양으로 제공됩니다.
라디에이터는 움직이는 부품, 운영 비용, 고장 모드 등이 없다는 장점이 있습니다.
라디에이터가 열원에 연결되면 따뜻한 공기가 상승함에 따라 자연적으로 대류가 발생하여 공기 흐름이 시작되고 계속 형성됩니다.
라디에이터는 사용하기 쉽지만 다음과 같은 몇 가지 단점이 있습니다. 1. 큰 열을 전달하는 라디에이터는 크고 비용이 많이 들고 무겁고 올바르게 배치해야 합니다. 이는 회로 기판의 물리적 레이아웃에 영향을 미치거나 제한합니다.
2. 공기 흐름의 먼지로 인해 핀이 막혀 효율성이 떨어질 수 있습니다.
3. 열원에서 라디에이터로 열이 원활하게 흐를 수 있도록 열원에 올바르게 연결해야 합니다.
마지막으로 모델링은 두 가지 문제를 해결해야 합니다.
1. 피크 및 평균 소산 문제. 예를 들어, 연속 열 손실이 1W인 정상 상태 구성 요소와 열 손실이 10W이지만 간헐적 듀티 사이클이 10%인 장치는 열 효과가 다릅니다.
즉, 평균 열 발산은 동일하고 관련 열 질량 및 열 흐름은 다른 열 분포를 생성합니다. 대부분의 CFD 응용 프로그램은 정적 및 동적 분석을 결합할 수 있습니다.
2. IC 패키지 상단과 방열판 사이의 물리적 연결과 같이 구성 요소와 미니어처 모델의 표면 간의 불완전한 물리적 연결.
연결 거리가 짧으면 이 경로의 열 저항이 증가하고 경로의 열전도율을 높이기 위해 접촉면을 열 패드로 채워야 합니다.
열 관리는 전원 공급 장치 및 내부 환경의 구성 요소 온도를 낮추어 제품 수명을 연장하고 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
그러나 열 관리는 통합된 개념이며 세부 사항으로 세분화하면 큰 주제입니다.
여기에는 크기, 전력, 효율성, 무게, 신뢰성 및 비용의 절충안이 포함됩니다. 프로젝트의 우선 순위와 제약 조건을 평가해야 합니다.
