Helstu varmastjórnunarlausnir aflgjafa
Hitastjórnun hlýðir grundvallarreglum eðlisfræðinnar. Það eru þrjár leiðir til varmaleiðni: geislun, leiðni og varmaleiðsla.
Fyrir flest rafeindakerfi, til að ná nauðsynlegri kælingu, er fyrst að láta hitann yfirgefa varmagjafann með leiðni og flytja hann síðan til annarra staða með konvection.
Þegar hitauppstreymi er framkvæmt er nauðsynlegt að sameina ýmsan varmastjórnunarbúnað til að ná á skilvirkan hátt nauðsynlegri leiðni og loftræstingu.
Það eru þrír algengustu kæliíhlutir: hitakökur, hitapípur og viftur.
Hitavaskurinn og hitapípan eru óvirk kælikerfi án aflgjafa, en viftan er virkt þvingað loftkælikerfi.
Ofninn er ál- eða koparbygging sem getur fengið varma frá hitagjafa með leiðni og flutt hitann yfir í loftflæðið (í sumum tilfellum til vatns eða annarra vökva) til að ná fram convection.
Hitavaskar eru í þúsundum stærðum og gerðum, allt frá litlum stimpluðum málmuggum sem tengja einn smári yfir í stóra útpressu með mörgum uggum (fingrum) sem geta stöðvað loftflæði og flutt varma til hans.
Ofninn hefur þá kosti að engir hreyfanlegir hlutar eru, rekstrarkostnaður, bilunarhamur osfrv.
Þegar ofninn er tengdur við varmagjafann, þegar heita loftið hækkar, mun náttúrulega myndast loftræsting, sem byrjar og heldur áfram að mynda loftflæði.
Þó að ofninn sé auðveldur í notkun, þá eru nokkrir gallar:
Ofninn sem sendir mikinn hita er stór, kostnaðarsamur og þungur og verður að vera rétt staðsettur, sem mun hafa áhrif á eða takmarka líkamlegt skipulag hringrásarborðsins;
Lokarnir geta verið lokaðir af ryki í loftflæðinu, sem dregur úr skilvirkni;
Það verður að vera rétt tengt við hitagjafann svo varminn geti streymt vel frá hitagjafanum til ofnsins.
Hitapípa
Það er annar mikilvægur þáttur í hitastjórnunarsvítunni, sem getur flutt hita frá punkti A til punktar B án nokkurs konar virks þvingunarbúnaðar.
Það inniheldur herta kjarna og innsiglað málmrör af vinnuvökva. Það virkar ekki sem ofn í sjálfu sér. Hlutverk hans er að gleypa hita frá hitagjafanum og flytja hann á kaldara svæði.
Hægt er að nota hitarör þegar ekki er nóg pláss nálægt hitagjafanum til að setja ofninn eða loftstreymi er ófullnægjandi. Hitapípan hefur mikla vinnuafköst og getur flutt hita frá upptökum á stað sem er þægilegra að stjórna.
Vinnulag hennar er einfalt og snjallt:
Hitagjafinn breytir vinnuvökvanum í gufu í lokuðu rörinu og gufan flytur hitann í kaldari enda hitapípunnar. Í þessum enda þéttist gufan í vökva og gefur frá sér hita á meðan vökvinn fer aftur í heitari endann.
Þetta gas-vökva umbreytingarferli keyrir stöðugt og er aðeins knúið áfram af hitamuninum á köldum endanum og heita endanum. Með því að tengja ofn eða annan kælibúnað á kalda endanum getur það leyst hitaleiðnivandann á staðbundnum heitum reitum þar sem loftflæði er stíflað.
Vifta
Það er fyrsta skrefið í átt að þvinguðum loftkældum virkum hitavaski, fyrir utan óvirka ofna og hitarör, en viftur hafa líka ókosti:
hár kostnaður, þarf pláss, auka hávaða kerfisins;
Viðkvæmt fyrir bilun, eyðir orku og hefur áhrif á skilvirkni alls kerfisins
En í mörgum tilfellum, sérstaklega þegar loftstreymisleiðin er bogin, lóðrétt eða ekki slétt, eru þau venjulega eina leiðin til að fá nægjanlegt loftflæði.
Lykilbreytan sem skilgreinir getu viftu er lengd eining eða rúmmálsrennsli lofts á mínútu.
Hins vegar er líkamleg stærð vandamál: stór vifta með lágan snúningshraða getur framleitt sama loftflæði og lítil vifta með háan snúningshraða, þannig að það er skipt milli stærðar og hraða.
Líkanagerð og alhliða uppgerð
Aðskilin óvirk kerfi eru stærri í stærð en áreiðanlegri og skilvirkari og viftur geta gegnt hlutverki í aðstæðum þar sem ekki er hægt að nota óvirka kælingu ein og sér.
Hvaða kerfi á að velja fyrir kælingu er oft erfið ákvörðun.
Á þessum tíma er nauðsynlegt að ákvarða hversu mikið kæliloft er þörf og hvernig á að ná kælingu með líkanagerð og uppgerð, sem er nauðsynlegt fyrir skilvirka hitastjórnunaraðferðir.
Fyrir smækkað líkanið einkennist hitagjafinn og varmaflæðisleið hans af hitauppstreymi þeirra og varmaviðnám ræðst af efninu, gæðum og stærð sem notuð er.
Líkanagerð sýnir hvernig varmi streymir frá varmagjafanum og er jafnframt fyrsta skrefið í mati á íhlutum sem valda hitaslysum vegna eigin varmaleiðni.
Til dæmis bjóða tækjabirgðir eins og háhitaleiðni IC, MOSFET og IGBT venjulega hitauppstreymilíkön sem geta veitt upplýsingar um varmaleiðina frá hitagjafanum að yfirborði tækisins.
Þegar hitauppstreymi hvers íhluta er þekkt er næsta skref að búa til líkön á þjóðhagsstigi, sem er bæði einfalt og flókið:
Stilltu stærð loftflæðisins í gegnum ýmsa hitagjafa til að halda hitastigi þess undir leyfilegum mörkum; notaðu lofthita, óþvingað loftflæði tiltækt flæði, loftflæði viftu og aðra þætti til að framkvæma grunnútreikninga til að skilja í grófum dráttum hitastigið.
Næsta skref er að nota líkan og staðsetningu hvers hitagjafa, PC borð, yfirborð skeljar og aðra þætti til að framkvæma flóknari líkanagerð á allri vörunni og umbúðum hennar.
Að lokum þarf líkangerð að leysa tvö vandamál:
Vandamálið við hámarks- og meðaldreifingu. Til dæmis, íhlutur í stöðugu ástandi með stöðugri hitaleiðni upp á 1W og tæki með 10W hitaútbreiðslu en með 10% hléum vinnulotu hafa mismunandi hitaáhrif.
Það er að segja að meðalhitadreifingin er sú sama og tengdur hitamassi og varmaflæði mun framleiða mismunandi varmadreifingu. Flest CFD forrit geta sameinað truflanir og kraftmikla greiningu.
Ófullkomleiki líkamlegrar tengingar milli yfirborðs íhlutarins og smækkunar líkansins, svo sem líkamleg tenging milli efst á IC pakkanum og hitavaskinum.
Ef tengingin hefur litla fjarlægð mun hitaviðnám þessarar leiðar aukast og það er nauðsynlegt að fylla snertiflöturinn með hitauppstreymi til að auka varmaleiðni leiðarinnar.
Hitastjórnun getur dregið úr hitastigi íhlutanna í aflgjafanum og innra umhverfi, sem getur lengt endingu vörunnar og bætt áreiðanleika.
En varmastjórnun er samþætt hugtak, ef það er brotið niður í smáatriði er það risastórt viðfangsefni.
Það felur í sér málamiðlanir um stærð, kraft, skilvirkni, þyngd, áreiðanleika og kostnað. Meta verður forgangsröðun og takmarkanir verkefnisins.
