(812) 327-96-60
(812) 387-55-06

reom@reom.ru

Охлаждение источников питания с высокой удельной мощностью

Современные системы электропитания требуют применения источников питания с высокой удельной мощностью. Удельная мощность - важный параметр, характеризующий компактность преобразователя и определяется как отношение выходной мощности преобразователя к его объему.

Основная причина отказов источников питания - их перегрев в результате длительной работы в предельных режимах. Перегрев происходит при достижении максимально допустимой температуры переходов электронных компонентов источников. Для экономичного охлаждения источников питания с целью повышения их надежности, производительности и срока службы используются оптимально спроектированные радиаторы, ведь известно, что снижение температуры источника питания всего на 10 градусов увеличивают его надежность примерно в два раза.

Радиатор - важный компонент в конструкции, который улучшает отвод тепла и поддерживает безопасную рабочую температуру источника. Принцип использования радиатора заключается в увеличении площади поверхности тепловыделяющего устройства, что позволяет более эффективно передавать тепло в окружающую среду.

Радиатор состоит из опорной пластины, отводящей тепло с поверхности источника питания и ребер, которые, в свою очередь, передают это тепло окружающему воздуху с более низкой температурой.

Эффективность радиатора характеризуется величиной его теплового сопротивления, т.е. насколько легко тепло может передаваться от поверхности (корпуса) источника питания к поверхности радиатора. Чем ниже тепловое сопротивление – тем лучше охлаждающая способность радиатора и выше теплопередача.

Тепловое сопротивление радиатора можно уменьшить за счет уменьшения толщины опорной пластины радиатора. Малая толщина влияет на эффективность передачи тепла на ребра радиатора.

Тепловое сопротивление между элементами внутри источника, а также между корпусом источника и радиатором можно снизить, если использовать специальные теплопроводящие подложки, пасты, герметики, гели, заливочные компаунды.

Теплопроводящие подложки являются предпочтительным выбором при отводе тепла с ограниченной площади печатной платы и при теплопередаче на радиатор или корпус через воздушный зазор. Данные подложки имеют высокую тепловую эффективность, при этом отсутствует их отверждение в процессе эксплуатации.

Теплопроводящие подложки

Если предусмотрена механическая фиксация радиатора к поверхности корпуса, то уменьшить тепловое сопротивление можно с помощью применения теплопроводящей пасты.

теплопроводящие пасты

Для обеспечения хорошего теплоотвода с поверхности печатных плат и компонентов источников питания, защиты от повышенной влажности, от воздействия ударов и вибраций, а также с целью ограничения доступа к элементам печатной платы лучше использовать теплопроводящие гели и герметизирующие компаунды.

теплопроводящие гели и герметизирующие компаунды

Для охлаждения источников питания с низкой или средней плотностью мощности применяется естественная вентиляция. Основные преимущества естественной вентиляции – это высокая надежность, низкий уровень шума и низкое энергопотребление.

При высокой удельной мощности источника питания, как правило, увеличивается температура радиатора и может возникнуть необходимость применения принудительной вентиляции. Чтобы найти теоретический предел плотности мощности системы охлаждения преобразователя, использующего принудительное воздушное охлаждение, необходимо тщательно оптимизировать теплоотвод с точки зрения удельной мощности.

Применение принудительной вентиляции может снизить тепловое сопротивление за счет направления потока воздуха вдоль ребер вентилятора. Хорошим материалом для изготовления радиатора служит медь, имеющая коэффициент теплопроводности 394 Вт/(м * К), вдвое больший чем у алюминия.

Для улучшения эффективности охлаждения необходимо руководствоваться следующими правилами:

  • Нельзя перекрывать поток воздуха к радиатору, например помещая в воздушный поток крупные компоненты или конструкции.
  • При наличии нескольких радиаторов следует их располагать в шахматном порядке, чтобы воздушный поток проходил через все ребра.
  • Принудительное воздушное охлаждение необходимо организовать так, чтобы воздух проходил по путям естественной конвекции.
  • При естественной вентиляции необходимо применять радиаторы с более тонкими ребрами, чем при использовании принудительной вентиляции.
  • Применение зубчатых ребер, вместо обычных с гладкой поверхностью, увеличивает площадь поверхности на 20% - 30% и, соответственно, снижает тепловое сопротивление радиатора.

Оптимизация конструкции радиатора, снижение теплового сопротивления между радиатором и корпусом источника питания при использовании теплопроводящих материалов, применение принудительной вентиляции позволяет эффективно охлаждать источники питания с высокой удельной мощностью.