Desain pendinginan termal untuk perangkat catu daya
Kita semua tahu bahwa manajemen termal adalah aspek penting dari manajemen daya. Itu perlu menjaga komponen dan sistem dalam batas suhu. Solusi pasif dimulai dengan heatsink dan pipa panas, dan dapat menggunakan kipas untuk pendinginan aktif guna meningkatkan efek pendinginan.
Tingkat komponen dan pemodelan sistem tingkat produk jadi memungkinkan perancang untuk membuat analisis perkiraan orde pertama dari strategi pendinginan. Menggunakan dinamika fluida komputasi untuk analisis lebih lanjut dapat sepenuhnya memahami situasi panas secara keseluruhan dan dampak perubahan dalam strategi pendinginan. Semua solusi manajemen termal melibatkan pertukaran dalam ukuran, daya, efisiensi, berat, keandalan, dan biaya, serta harus mengevaluasi prioritas dan kendala proyek.
Semua solusi manajemen termal mengikuti prinsip dasar fisika. Dalam mode pendinginan, ada tiga cara konduksi panas: radiasi, konduksi dan konveksi
Untuk sebagian besar sistem elektronik, pendinginan yang diperlukan untuk mencapai adalah membiarkan panas meninggalkan sumber panas langsung dengan konduksi, dan kemudian mentransfernya ke tempat lain dengan konveksi. Tantangan desain adalah untuk menggabungkan berbagai perangkat keras manajemen termal untuk secara efektif mencapai konduksi dan konveksi yang diperlukan. Ada tiga elemen pendingin yang paling umum digunakan: radiator, pipa panas, dan kipas. Radiator dan pipa panas adalah sistem pendingin pasif tanpa catu daya, yang juga mencakup metode konduksi dan konveksi yang diinduksi secara alami. Sebaliknya, kipas adalah sistem pendingin udara paksa aktif.
Pendingin Heatsink:
Heatsink adalah struktur aluminium atau tembaga, yang dapat memperoleh panas dari sumber panas melalui konduksi dan mentransfer panas ke aliran udara (dalam beberapa kasus, ke air atau cairan lain) untuk mewujudkan konveksi. Radiator datang dalam ribuan ukuran dan bentuk, dari sirip logam kecil yang menghubungkan satu transistor hingga ekstrusi besar dengan banyak sirip yang dapat mencegat dan mentransfer panas ke aliran udara konvektif.
Salah satu keunggulan heatsink adalah tidak ada bagian yang bergerak, tidak ada biaya pengoperasian, dan tidak ada mode kegagalan. Setelah heatsik berukuran tepat terhubung ke sumber panas, saat udara hangat naik, konveksi secara alami akan terjadi, mulai dan terus membentuk aliran udara. Oleh karena itu, keunggulan ini sangat penting saat menggunakan heatsink untuk memberikan aliran udara yang lancar antara saluran masuk dan keluar sumber panas. Selain itu, saluran masuk harus di bawah radiator dan saluran keluar harus di atas; Jika tidak, udara panas akan mandek pada sumber panas, yang selanjutnya akan memperburuk situasi.
Menambahkan Heatpipe:
Fungsi heat pipe adalah untuk menyerap panas dari sumber panas dan memindahkannya ke daerah yang lebih dingin, tetapi itu sendiri tidak bertindak sebagai radiator. Ketika tidak ada cukup ruang di dekat sumber panas untuk menempatkan radiator atau aliran udara tidak mencukupi, pipa panas dapat digunakan. Pipa panas memiliki efisiensi tinggi dan dapat mentransfer panas dari sumbernya ke tempat yang lebih nyaman untuk manajemen.
Menambahkan Kipas Pendingin:
Jelas, kipas akan meningkatkan biaya, membutuhkan ruang, dan meningkatkan kebisingan sistem. Sebagai perangkat elektromekanis, kipas juga rentan terhadap kegagalan, yang menghabiskan energi dan memengaruhi efisiensi keseluruhan sistem. Namun, dalam banyak kasus, terutama ketika jalur aliran udara melengkung, vertikal atau terhalang, mereka biasanya satu-satunya cara untuk mendapatkan aliran udara yang cukup. Banyak aplikasi menggunakan kipas yang dikontrol secara termal yang beroperasi hanya bila diperlukan untuk mengurangi kecepatan, sehingga mengurangi konsumsi daya, dan menggunakan bilah yang meminimalkan kebisingan pada kecepatan pengoperasian yang optimal.
Pemodelan dan simulasi termal:
Pemodelan dan simulasi sangat penting untuk strategi manajemen termal yang efisien untuk menentukan berapa banyak udara pendingin yang dibutuhkan dan bagaimana pendinginan dicapai. Aliran udara melalui berbagai sumber panas dapat diukur untuk menjaga suhu di bawah batas yang diijinkan. Dengan menggunakan suhu udara, aliran yang tersedia dari aliran udara tidak paksa, aliran udara kipas dan faktor-faktor lain untuk perhitungan dasar, kita dapat secara kasar memahami kondisi suhu.
Dengan melakukan beberapa penyesuaian, perancang dapat melihat apakah port udara yang lebih besar membutuhkan lebih banyak udara, menentukan apakah jalur aliran udara lain lebih efektif, mengidentifikasi perbedaan penggunaan radiator yang lebih besar atau berbeda, menyelidiki penggunaan pipa panas untuk memindahkan titik panas, dll. Paket perangkat lunak pemodelan CFD ini dapat menghasilkan data tabular dan gambar berwarna dari pembuangan panas. Perubahan ukuran kipas, aliran udara, dan posisi juga mudah dimodelkan.
Manajemen daya juga manajemen termal, terutama bagaimana pendinginan fungsi terkait daya akan mempengaruhi desain termal dan akumulasi panas. Selain itu, bahkan jika komponen dan sistem terus bekerja dalam kisaran spesifikasi, peningkatan suhu akan menyebabkan perubahan kinerja dengan perubahan parameter komponen. Panas berlebih juga dapat mempersingkat masa pakai komponen dan dengan demikian mempersingkat waktu rata-rata antara kegagalan, yang juga merupakan faktor yang harus dipertimbangkan untuk memastikan keandalan jangka panjang.
