طراحی حرارتی منبع تغذیه SBC

کامپیوتر تک بردی (SBC) یک راه حل یکپارچه آسان برای بسیاری از مشکلات کنترلی است. محبوبیت این ایده منجر به افزایش تعداد محصولات SBC در بازار شده است که طیف گسترده ای از نیازهای عملکرد و هزینه را پوشش می دهند، از راه حل های نسبتا ساده مبتنی بر میکروکنترلر گرفته تا پردازنده های پیچیده اما فشرده با کارایی بالا و گیت هیبریدی قابل برنامه ریزی میدانی. آرایه ها به طور کلی، نیاز به بسته بندی مقدار زیادی از عملکرد محاسباتی در یک فضای کوچک، چالش هایی را در طراحی پوسته و بسته ایجاد می کند و تأثیر زنجیره ای بر زیر سیستم منبع تغذیه دارد.

گرما تأثیر مستقیمی بر عملکرد سیستم های الکترونیکی دارد. مدارهای الکترونیکی، به ویژه مدارهایی که برای تبدیل و انتقال توان استفاده می‌شوند، معمولاً در دماهای پایین‌تر کارآمدتر عمل می‌کنند و به نوبه خود تمایل دارند انرژی کمتری را به شکل گرمای اتلاف دفع کنند. با افزایش توان خروجی کل سیستم، بهره بازدهی که می توان با خنک سازی موثر بدست آورد، به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

عملکرد کولر نیز یک واکنش زنجیره ای بر قابلیت اطمینان خواهد داشت. اگر سیستم در دمای پایین تری کار کند، احتمال خرابی آنها در یک زمان معین کاهش می یابد. این عوامل در نظر گرفتن همه احتمالات هنگام بررسی گزینه های طراحی منبع تغذیه، مانند منحنی های خنک کننده و بار در مقابل بازده، مهم است. سه راه اصلی اتلاف گرما برای واحدهای الکترونیکی مانند منبع تغذیه وجود دارد: تابش، همرفت و هدایت. برای سیستم های الکترونیکی که در اکثر محیط ها استفاده می شود، همرفت و رسانش مهم ترین هستند.

از طریق همرفت، زمانی که انرژی از اجزای جامد سیستم به مولکول های هوا منتقل می شود، گرما از منبع تغذیه منتقل می شود. نرخ تلفات حرارتی متناسب با سرعت جریان هوا در سیستم است. بنابراین، خنک کننده هوای اجباری درجه خنکی بیشتری نسبت به حرکت طبیعی ایجاد شده توسط مجموعه حرارتی که انرژی را به مولکول های هوا منتقل می کند، فراهم می کند.

رسانایی از طریق بستر PCB یا شاسی سیستم راه بیشتری برای دفع گرما از منبع تغذیه فراهم می کند، اگرچه به طور سنتی اهمیت کمتری نسبت به همرفت در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، در سیستم مبتنی بر SBC، همچنین مهم است که گرمای منبع تغذیه را نتوان به مجموعه پردازنده منتقل کرد، زیرا احتمال اینکه دستگاه برای محافظت از خود در شرایط بار بالا، وارد خاموش شدن حرارتی شود، افزایش می‌یابد.

به طور کلی، محتوای بالای مس PCB و فلز موجود در محفظه به ایجاد مسیر خوبی برای خروج گرما از منبع تغذیه از طریق رسانایی کمک می کند. رادیاتورهای نصب شده در خارج از محفظه به انتقال گرما از سیستم به مکان هایی که می تواند توسط همرفت از بین برود کمک می کند. توصیه می شود هر شکافی بین تجهیزاتی که قرار است خنک شوند را با یک چسب رسانای حرارتی پر کنید و انتقال حرارت را از تجهیزات به رادیاتور به حداکثر برسانید. پیچ و مهره ها یا گیره ها فشار تماس را افزایش می دهند که انتقال حرارت به هیت سینک را نیز بهبود می بخشد.

جهت منبع تغذیه در سیستم نیز بسته به چیدمان اجزای داخلی بر عملکرد خنک کننده تأثیر می گذارد. همانطور که هوای گرم تمایل به بالا رفتن دارد، منبع تغذیه نصب شده در زیر SBC تمایل به انتقال گرما به اجزای مجتمع پردازنده دارد. اگر برد به صورت عمودی نصب شود و PSU در کنار باشد، تأثیر هوای گرم کمتر خواهد بود. با این حال، اجزای حساس به حرارت ممکن است بهتر در پایین دستگاه قرار گیرند.

هنگامی که هیت سینک به صورت داخلی استفاده می شود، پره های بزرگترین هیت سینک باید موازی با جهت جریان هوا باشند. طبیعتاً جریان هوا توسط موانع محدود می شود که باید در نظر گرفته شود. نحوه خروج هوا از سیستم به تعیین کارایی جریان هوا کمک می کند. به منظور جلوگیری از تجمع فشار و کاهش راندمان فن، سطح مقطع خروجی هوا باید حداقل 50 درصد بزرگتر از سطح مقطع ورودی باشد.

با در نظر گرفتن این عوامل، با در نظر گرفتن پارامترهای حرارتی طراحی شده در کل سیستم، طراحان نه تنها می توانند از در دسترس بودن SBC با کارایی بالا به طور کامل استفاده کنند، بلکه از مبدل های قدرت خارج از قفسه نیز به طور کامل استفاده کنند.