Trois méthodes de transfert de chaleur de base – gestion thermique

L'énergie thermique est transférée de la zone haute température à la zone basse température par trois mécanismes fondamentaux; Rayonnement, conduction et convection.
 

Rayonnement   Transfert électromagnétique de chaleur entre les masses à différentes températures.

Conduction.   Transfert de chaleur à travers un milieu solide.

Convection Transfert de chaleur à travers un milieu fluide; Généralement de l'air.



Ces trois mécanismes de transfert de chaleur ont un certain degré d'activité dans chaque application. La convection sera le principal mécanisme de transfert de chaleur dans la plupart des applications. L'effet non dominant apportera une contribution supplémentaire au refroidissement; Cependant, dans certains cas, ils peuvent provoquer l'apparition d'interactions thermiques indésirables et inattendues entre l'ensemble et le Sous - ensemble. Ces trois mécanismes doivent être pris en compte lors de l'élaboration d'une stratégie de refroidissement réussie.

Rayonnement

Un transfert radiatif de chaleur se produit en continu entre des objets à différentes températures exposés les uns aux autres.

L'effet net sur la température d'une pièce individuelle dépend de nombreux facteurs, y compris sa température par rapport aux autres pièces, l'orientation relative des pièces, la finition de surface et l'espacement. La difficulté de quantifier bon nombre de ces facteurs, combinée à la prévalence des échanges d'énergie radiative, rend le calcul des effets de la température radiative à la fois complexe et généralement imprécis.

Les différences de température rencontrées dans les applications pratiques des convertisseurs vicor n'ont jamais été suffisantes pour que le refroidissement radiatif devienne le principal mécanisme de transfert de chaleur. Dans la plupart des cas, le rayonnement représentera moins de 10% du transfert de chaleur total. Pour ces raisons, on considère généralement que la présence d'un refroidissement radiatif offre une marge de sécurité au - delà du mécanisme de refroidissement principal, sans tenir compte des détails de ses effets. Dans la plupart des cas, une hypothèse valable est que le convertisseur sera plus chaud que l'environnement et que le transfert d'énergie radiative contribuera au refroidissement.

Cependant, dans certains cas, les objets à proximité (cartes PC, résistances de puissance, etc.) peuvent être beaucoup plus chauds que le convertisseur et la transmission nette d'énergie rayonnante peut en fait augmenter la température du convertisseur.

La mesure de la position relative et de la température estimée du convertisseur et des pièces environnantes est un moyen de prédire les effets potentiels du transfert de rayonnement. L'utilisation d'une barrière enfichable permet généralement de modérer les effets indésirables de chauffage radiatif dans le cas de pièces chaudes proches du convertisseur.

Conduction

Dans la plupart des applications, la chaleur sera conductrice du substrat dans un radiateur ou un élément conducteur de chaleur fixé. La chaleur conductrice à travers l'interface entre le substrat et l'organe de coopération provoquera une chute de température qui doit être contrôlée. Comme le montre la figure 20 - 2, l'interface peut être modélisée comme une "résistance thermique" en série avec le flux de puissance dissipée. La température du substrat sera la somme de la montée en température dans l'interface et de la température du composant

Les substrats sont connectés.

Si elle n'est pas contrôlée, l'augmentation de la température à l'interface de surface peut être très importante. La surface de l'interface doit être aussi grande que possible et la planéité de la surface de l'organe de liaison doit être inférieure à 5 mils. Les parties irrégulières de la surface doivent être remplies avec un complexe thermique ou un coussin thermique. Avec des mesures appropriées, la résistance thermique de l'interface de surface peut être maintenue en dessous de 0,1 ˚c / watt.

De nombreuses applications nécessitent la conduction de chaleur depuis le substrat du convertisseur jusqu'à la surface Dissipative "distante" par l'intermédiaire d'organes conducteurs de chaleur. La température du substrat qui en résultera sera la somme de la température de la surface Dissipative, de la montée en température dans l'élément conducteur de chaleur et de la montée en température à l'interface des deux surfaces. La résistance thermique de l'élément conducteur est proportionnelle à sa longueur et inversement proportionnelle à la surface de la section et à la conductivité thermique (figures 20 - 30). Comme indiqué ci - dessus, la minimisation de l'élévation de température totale dépend du contrôle de la résistance de l'interface, ainsi que du contrôle de la résistance thermique de l'organe de transfert par un choix de matériau et un dimensionnement appropriés.

Convection

Le transfert de chaleur par convection dans l'air est une méthode courante de refroidissement des convertisseurs vicor. Convection « libre» ou « naturelle», le transfert de chaleur d'une surface Dissipative vers l'air calme plus froid environnant; La convection forcée fait référence au transfert de chaleur dans un flux d'air en mouvement.

Le modèle de refroidissement par convection est présenté à la figure 20 - 4. La température du substrat dépend de la température de l'air, de la puissance dissipée totale et des valeurs des deux résistances thermiques; Résistance thermique de l'interface de surface entre le substrat et le radiateur et résistance thermique du radiateur à l'air. La résistance d'interface de surface peut être minimisée, comme décrit sous conduction. La résistance d'un radiateur à l'air dépend de nombreux facteurs, notamment le matériau et la géométrie du radiateur, la température de l'air, la densité de l'air et le débit d'air. Heureusement, les données de résistance thermique sont disponibles pour une variété de radiateurs standard dans les applications de convection libre et forcée. Les sections suivantes fournissent un guide de refroidissement par convection libre et forcée pour les convertisseurs Vico et les convertisseurs configurables.