Kuvaus tehomoduulin lämmönpoistotilasta
Tehomoduuleille on kolme lämmönpoistomenetelmää: konvektio, johtuminen ja säteily. Käytännön sovelluksissa useimmat käyttävät konvektiota pääasiallisena lämmönpoistomenetelmänä. Jos suunnittelu on sopiva yhdistettynä kahteen lämmönpoistomenetelmään, johtamiseen ja säteilyyn, vaikutus maksimoidaan. Jos suunnittelu on kuitenkin väärä, se aiheuttaa haitallisia vaikutuksia. Siksi tehomoduulia suunniteltaessa lämmönpoistojärjestelmän suunnittelusta on tullut tärkeä linkki.
1. Konvektiojäähdytysmenetelmä
Konvektiolämmön hajoaminen tarkoittaa lämmön siirtymistä nestemäisen väliaineen ilman läpi lämmönpoistovaikutuksen saavuttamiseksi. Se on yleinen lämmönpoistomenetelmämme. Konvektiomenetelmät jaetaan yleensä kahteen tyyppiin, pakotettu konvektio ja luonnollinen konvektio. Pakkokonvektiolla tarkoitetaan lämmön siirtymistä lämmityskohteen pinnalta virtaavaan ilmaan ja luonnollinen konvektiolla lämmön siirtymistä lämmityskohteen pinnalta ympäröivään ilmaan alemmassa lämpötilassa. Luonnollisen konvektion käytön etuja ovat yksinkertainen toteutus, alhaiset kustannukset, ulkoisen tuulettimen ei tarvita ja korkea luotettavuus. Jotta pakotettu konvektio saavuttaisi alustan lämpötilan normaalikäytössä, se vaatii suuremman jäähdytyselementin ja vie tilaa.
Kiinnitä huomiota luonnollisen konvektiopatterin suunnitteluun. Jos vaakasuuntaisella patterilla on huono lämmönpoistovaikutus, patterin pinta-alaa on lisättävä asianmukaisesti tai pakotettava konvektio lämmön haihduttamiseksi, kun se asennetaan vaakasuoraan.
2. Johtolämmönpoistomenetelmä
Tehomoduulin ollessa käytössä alustalla oleva lämpö on johdettava lämpöä johtavan elementin kautta kauas lämpöä hajoavalle pinnalle siten, että alustan lämpötila on yhtä suuri kuin lämpöä hajottavan osan lämpötilan summa. pinta, lämpöä johtavan elementin lämpötilan nousu ja kahden kosketuspinnan lämpötilan nousu. Tällä tavalla lämpöenergiaa voidaan haihduttaa tehokkaassa tilassa, jotta komponentit voivat toimia normaalisti. Lämpöelementin lämpövastus on suoraan verrannollinen sen pituuteen ja kääntäen verrannollinen sen poikkileikkauspinta-alaan ja lämmönjohtavuuteen. Jos asennustilaa ja kustannuksia ei huomioida, tulee käyttää pienimmän lämpövastuksen omaavaa patteria. Koska virtalähteen substraatin lämpötila laskee hieman, keskimääräinen vikojen välinen aika paranee merkittävästi, teholähteen vakaus paranee ja käyttöikä pitenee.
Lämpötila on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa virtalähteen suorituskykyyn, joten patteria valittaessa kannattaa keskittyä sen valmistusmateriaaleihin. Käytännön sovelluksissa moduulin tuottama lämpö johdetaan substraatista jäähdytyselementtiin tai lämpöä johtavaan elementtiin. Tehosubstraatin ja lämpöä johtavan elementin kosketuspinnalla on kuitenkin lämpötilaero, ja tätä lämpötilaeroa on valvottava. Alustan lämpötilan tulee olla kontaktipinnan lämpötilan nousun ja lämpöä johtavan elementin lämpötilan summa. Jos sitä ei valvota, kosketuspinnan lämpötilan nousu on erityisen merkittävää. Siksi kosketuspinnan alueen tulee olla mahdollisimman suuri ja kosketuspinnan sileyden tulisi olla 5 milin sisällä, toisin sanoen 0,005 tuuman sisällä.
Pinnan epätasaisuuksien poistamiseksi kosketuspinta tulee täyttää lämpöä johtavalla liimalla tai lämpötyynyllä. Tarvittavien toimenpiteiden jälkeen kosketuspinnan lämpövastus voidaan laskea alle 0,1°C/W. Lämpötilan nousua voidaan vähentää vain vähentämällä lämmönpoistoa ja lämpövastusta tai tehonkulutusta. Virtalähteen maksimilähtöteho liittyy sovellusympäristön lämpötilaan. Vaikuttavia parametreja ovat yleensä: tehohäviö, lämpövastus ja virtalähteen enimmäislämpötila. Teholähteissä, joissa on korkea hyötysuhde ja parempi lämmönpoisto, lämpötilan nousu on pienempi ja niiden käyttölämpötilalla on marginaali nimellisteholla. Teholähteiden, joiden hyötysuhde on heikompi tai lämmönpoisto, on korkeampi lämpötilan nousu, koska ne vaativat ilmajäähdytystä tai niitä on vähennettävä käyttöä varten.
3. Säteilylämmön hajoamismenetelmä
Säteilylämmön hajoaminen on peräkkäistä säteilyllistä lämmönsiirtoa, joka tapahtuu, kun kaksi rajapintaa, joilla on eri lämpötila, ovat vastakkain. Säteilyn vaikutus yksittäisen kohteen lämpötilaan riippuu monista tekijöistä, kuten eri komponenttien lämpötilaerosta, komponenttien ulkopinnasta, osien sijainnista ja niiden välisestä etäisyydestä. Käytännön sovelluksissa näitä tekijöitä on vaikea ilmaista määrällisesti, ja yhdessä ympäröivän ympäristön' oman säteilyenergianvaihdon vaikutuksen kanssa on vaikea laskea tarkasti säteilyn sotkuisia vaikutuksia lämpötilaan.
Käytännön sovelluksissa teholähteen on mahdotonta käyttää säteilylämmönpoistoa yksinään, koska tällä menetelmällä voidaan yleensä poistaa vain 10 % tai vähemmän kokonaislämmöstä. Sitä käytetään yleensä apuvälineenä päälämmönpoistomenetelmässä, eikä sitä yleensä oteta huomioon lämpösuunnittelussa. Sen vaikutus lämpötilaan. Virtalähteen käyttötilassa sen lämpötila on yleensä korkeampi kuin ulkoympäristön lämpötila, ja säteilyn siirto edistää yleistä lämmönpoistoa. Erikoisolosuhteissa virtalähteen lähellä olevat lämmönlähteet, kuten suuritehoiset vastukset, laitelevyt jne., näiden esineiden säteily kuitenkin nostaa teholähdemoduulin lämpötilaa.
