Seri Teknologi Manajemen Termal: Manajemen Pendinginan Daya
Ketika insinyur listrik menyebutkan istilah"manajemen daya", kebanyakan orang berpikir tentang tabung MOS, konverter, transformator, dll.
Faktanya, manajemen daya jauh lebih dari itu.
Catu daya akan menghasilkan panas saat bekerja, dan kenaikan suhu yang terus menerus akan menyebabkan perubahan kinerja, yang pada akhirnya dapat menyebabkan kegagalan sistem.
Selain itu, panas akan memperpendek umur komponen dan mempengaruhi keandalan jangka panjang.
Oleh karena itu, manajemen daya juga melibatkan manajemen termal. Mengenai manajemen termal, ada dua sudut pandang yang perlu dipahami:
& quot;Mikro"|Masalah
Satu komponen menjadi terlalu panas karena pembangkitan panas yang berlebihan, tetapi suhu seluruh sistem dan casing masih dalam batas.
& quot;Makro"|Masalah
Suhu seluruh sistem terlalu tinggi karena akumulasi panas dari berbagai sumber panas.
Insinyur perlu menentukan berapa banyak masalah manajemen termal yang mikro dan makro, dan tingkat korelasi antara keduanya.
Pemahaman sederhananya adalah bahwa bahkan jika kenaikan suhu komponen penghasil panas melebihi batas yang diizinkan dan menyebabkan seluruh sistem memanas, itu tidak berarti bahwa seluruh sistem terlalu panas, tetapi kelebihan panas yang dihasilkan oleh komponen harus dihamburkan.
Jadi kemana panasnya pergi?
Tersebar ke tempat yang lebih dingin, dapat menjadi bagian yang berdekatan dari sistem dan sasis, atau dapat berada di luar sasis (hanya mungkin jika suhu luar lebih rendah dari suhu internal).
Manajemen termal mengikuti prinsip dasar fisika. Ada tiga cara konduksi panas: radiasi, konduksi dan konveksi.
Untuk sebagian besar sistem elektronik, untuk mencapai pendinginan yang diperlukan adalah pertama-tama membiarkan panas meninggalkan sumber panas secara konduksi, dan kemudian mentransfernya ke tempat lain secara konveksi.
Saat melakukan desain termal, perlu untuk menggabungkan berbagai perangkat keras manajemen termal untuk secara efektif mencapai konduksi dan konveksi yang diperlukan.
Ada tiga komponen pendingin yang paling umum digunakan: radiator, pipa panas, dan kipas.
Radiator dan pipa panas adalah sistem pendingin pasif tanpa catu daya, sedangkan kipas adalah sistem pendingin udara paksa aktif.
Radiator 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 mencapai konveksi.
Heat sink datang dalam ribuan ukuran dan bentuk, dari sirip logam kecil yang menghubungkan satu transistor hingga ekstrusi besar dengan banyak sirip (jari) yang dapat mencegat aliran udara konvektif dan mentransfer panas ke sana.
Radiator memiliki keunggulan tidak ada bagian yang bergerak, biaya pengoperasian, mode kegagalan, dll.
Setelah radiator terhubung ke sumber panas, saat udara hangat naik, konveksi secara alami akan terjadi, sehingga mulai dan terus membentuk aliran udara.
Meskipun radiator mudah digunakan, ada beberapa kekurangannya: 1. Radiator yang mentransmisikan panas besar berukuran besar, mahal, dan berat, dan harus ditempatkan dengan benar, yang akan mempengaruhi atau membatasi tata letak fisik papan sirkuit;
2. Sirip mungkin terhalang oleh debu di aliran udara, mengurangi efisiensi;
3. Harus terhubung dengan benar ke sumber panas agar panas dapat mengalir dari sumber panas ke radiator dengan lancar.
Akhirnya, pemodelan harus memecahkan dua masalah:
1. Masalah disipasi puncak dan rata-rata. Misalnya, komponen kondisi tunak dengan disipasi termal kontinu 1W dan perangkat dengan disipasi termal 10W tetapi dengan siklus kerja intermiten 10% memiliki efek termal yang berbeda.
Artinya, pembuangan panas rata-rata adalah sama, dan massa panas dan aliran panas yang terkait akan menghasilkan distribusi panas yang berbeda. Sebagian besar aplikasi CFD dapat menggabungkan analisis statis dan dinamis.
2. Sambungan fisik yang tidak sempurna antara komponen dan permukaan model miniatur, seperti sambungan fisik antara bagian atas paket IC dan unit pendingin.
Jika sambungan memiliki jarak yang kecil, hambatan termal jalur ini akan meningkat, dan permukaan kontak perlu diisi dengan bantalan termal untuk meningkatkan konduktivitas termal jalur.
Manajemen termal dapat mengurangi suhu komponen di catu daya dan lingkungan internal, yang dapat memperpanjang masa pakai produk dan meningkatkan keandalan.
Tetapi manajemen termal adalah konsep yang terintegrasi, jika dipecah menjadi hal-hal kecil, itu adalah subjek yang sangat besar.
Ini melibatkan pertukaran ukuran, kekuatan, efisiensi, berat, keandalan, dan biaya. Prioritas dan kendala proyek harus dievaluasi.
