نحوه طراحی هیت سینک منبع تغذیه

سه روش اتلاف حرارت برای ماژول های قدرت وجود دارد: همرفت، رسانش و تابش. در کاربردهای عملی، اکثر آنها از همرفت به عنوان روش اصلی اتلاف حرارت استفاده می کنند. اگر طراحی مناسب باشد، همراه با دو روش اتلاف حرارت هدایت و تابش، اثر به حداکثر می رسد. اما اگر طراحی نامناسب باشد، اثرات نامطلوبی ایجاد می کند. بنابراین، هنگام طراحی یک ماژول قدرت، طراحی یک سیستم اتلاف حرارت به یک پیوند مهم تبدیل شده است.

1. روش اتلاف گرمای همرفتی اتلاف حرارت جابجایی به انتقال گرما از طریق هوای محیط سیال برای دستیابی به اثر اتلاف گرما اشاره دارد. این روش متداول اتلاف گرما است. روش های همرفت به طور کلی به دو نوع همرفت اجباری و همرفت طبیعی تقسیم می شوند. همرفت اجباری به انتقال گرما از سطح جسم گرمایشی به هوای جاری اشاره دارد و همرفت طبیعی به انتقال گرما از سطح جسم گرمایشی به هوای اطراف در دمای پایین‌تر اشاره دارد. از مزایای استفاده از همرفت طبیعی می توان به اجرای ساده، هزینه کم، عدم نیاز به فن خنک کننده خارجی و قابلیت اطمینان بالا اشاره کرد. برای اینکه همرفت اجباری به دمای زیرلایه برای استفاده معمولی برسد، نیاز به هیت سینک بزرگتری دارد و فضا را اشغال می کند. به طراحی رادیاتورهای همرفت طبیعی توجه کنید. اگر رادیاتور افقی اثر اتلاف گرما ضعیفی داشته باشد، هنگام نصب افقی، مساحت رادیاتور باید به طور مناسب افزایش یابد یا جابجایی اجباری برای دفع گرما ایجاد شود.

2. روش اتلاف حرارت رسانا هنگامی که ماژول قدرت در حال استفاده است، گرمای روی زیرلایه باید از طریق عنصر رسانای گرما به سطح اتلاف حرارت دور هدایت شود، به طوری که دمای زیرلایه برابر با دمای گرما باشد. سطح اتلاف، افزایش دمای عنصر هدایت گرما و افزایش دمای دو سطح تماس. مجموع به این ترتیب، انرژی گرمایی را می توان در یک فضای موثر تبخیر کرد تا اطمینان حاصل شود که اجزا می توانند به طور عادی کار کنند. مقاومت حرارتی یک عنصر حرارتی با طول آن نسبت مستقیم و با سطح مقطع و هدایت حرارتی آن نسبت معکوس دارد. در صورت عدم توجه به فضای نصب و هزینه باید از رادیاتور با کمترین مقاومت حرارتی استفاده شود. از آنجایی که دمای بستر منبع تغذیه کمی کاهش می یابد، میانگین زمان بین خرابی ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد، پایداری منبع تغذیه بهبود می یابد و طول عمر طولانی تر می شود. دما عامل مهمی است که بر عملکرد منبع تغذیه تأثیر می گذارد، بنابراین هنگام انتخاب رادیاتور باید روی مواد ساخت آن تمرکز کنید. در کاربردهای عملی، گرمای تولید شده توسط ماژول از زیرلایه به سینک حرارتی یا عنصر رسانای گرما هدایت می شود. با این حال، در سطح تماس بین زیرلایه قدرت و عنصر رسانای گرما اختلاف دما وجود خواهد داشت و این اختلاف دما باید کنترل شود. دمای زیرلایه باید مجموع افزایش دمای سطح تماس و دمای عنصر رسانای گرما باشد. اگر کنترل نشود، افزایش دمای سطح تماس به ویژه قابل توجه خواهد بود. بنابراین، مساحت سطح تماس باید تا حد امکان بزرگ باشد و صافی سطح تماس باید در 5 میل، یعنی در 0.005 اینچ باشد. برای رفع ناهمواری سطح، سطح تماس باید با چسب رسانای حرارتی یا پد حرارتی پر شود. پس از انجام اقدامات مناسب، مقاومت حرارتی سطح تماس را می توان به زیر 0.1 درجه سانتیگراد بر وات کاهش داد. تنها با کاهش اتلاف گرما و مقاومت حرارتی یا مصرف برق می توان افزایش دما را کاهش داد. حداکثر توان خروجی منبع تغذیه به دمای محیط کاربرد مربوط می شود. پارامترهای تأثیرگذار عموماً عبارتند از: افت توان، مقاومت حرارتی و حداکثر دمای مورد منبع تغذیه. منابع تغذیه با راندمان بالا و اتلاف گرمای بهتر، افزایش دمای کمتری خواهند داشت و دمای قابل استفاده آنها دارای حاشیه در توان خروجی نامی خواهد بود. منابع تغذیه با راندمان پایین تر یا اتلاف حرارت ضعیف، افزایش دمای بیشتری خواهند داشت، زیرا نیاز به خنک کننده هوا دارند یا برای استفاده نیاز به کاهش دما دارند.

3. روش اتلاف حرارت تابشی اتلاف حرارت تابشی عبارت است از انتقال تابشی متوالی گرما هنگامی که دو فصل مشترک با دماهای مختلف روبروی یکدیگر قرار گیرند. تأثیر تابش بر دمای یک جسم منفرد به عوامل زیادی مانند اختلاف دمای اجزای مختلف، بیرون اجزا، موقعیت اجزا و فاصله بین آنها بستگی دارد. در کاربردهای عملی، تعیین کمیت این عوامل دشوار است، و همراه با تأثیر تبادل انرژی تابشی محیط اطراف'؛ محاسبه دقیق اثرات آشفته تابش بر دما دشوار است. در کاربردهای عملی، برای منبع تغذیه غیرممکن است که از اتلاف گرمای تشعشعی به تنهایی استفاده کند، زیرا این روش عموماً می تواند تنها 10٪ یا کمتر از کل گرما را دفع کند. معمولاً به عنوان وسیله کمکی روش اصلی اتلاف حرارت استفاده می شود و به طور کلی در طراحی حرارتی مورد توجه قرار نمی گیرد. تاثیر آن بر دما در حالت کار منبع تغذیه، دمای آن به طور کلی بالاتر از دمای محیط بیرون است و انتقال تابش به اتلاف کلی گرما کمک می کند. اما در شرایط خاص منابع حرارتی نزدیک منبع تغذیه مانند مقاومت های پرقدرت، برد دستگاه ها و ... تابش این اجسام باعث افزایش دمای ماژول منبع تغذیه می شود.