Trois méthodes de transfert de chaleur de base - gestion thermique

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

Rayonnement Transfert de chaleur électromagnétique entre les substances 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.



Tous ces trois mécanismes de transfert de chaleur jouent un rôle dans chaque application. Dans la plupart des applications, la convection sera le principal mécanisme de transfert de chaleur. L'effet non dominant apportera une contribution supplémentaire au refroidissement; Cependant, dans certains cas, ils peuvent provoquer des interactions thermiques indésirables et inattendues entre un composant et un sous - composant. Ces trois mécanismes doivent être pris en compte lors de l'élaboration d'une stratégie de refroidissement réussie.

Rayonnement, rayonnement

Le transfert de chaleur radiative se produit en continu entre des objets de températures différentes qui sont en contact les uns avec les 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. Beaucoup de ces facteurs sont difficiles à quantifier et, combinés à la prévalence des échanges d'énergie radiative, rendent le calcul des effets de la température radiative complexe et imprécis.

Les différences de température rencontrées dans les applications pratiques des convertisseurs Vico ne sont jamais suffisantes pour faire du refroidissement radiatif 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, il est souvent supposé que la présence de refroidissement radiatif offre une marge de sécurité au - delà du mécanisme de refroidissement principal, sans tenir compte de l'examen détaillé de ses effets. Dans la plupart des cas, une hypothèse valable est que le convertisseur sera plus chaud que son environnement et que le transfert d'énergie rayonnante 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 le transfert net d'énergie rayonnée peut en fait augmenter la température du convertisseur.

La mesure de la position relative et de la température estimée du convertisseur et des composants environnants est un moyen de prédire les effets potentiels de la transmission du 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 connecté. 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

Le substrat est fixé.

Si elle n'est pas contrôlée, l'augmentation de la température à l'interface de surface peut être perceptible. 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 irrégularités de surface doivent être remplies à l'aide d'un complexe thermique ou d'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 la plaque de base du convertisseur jusqu'à la surface de dissipation "distante" par l'intermédiaire d'organes conducteurs de chaleur. La température du substrat résultante sera la somme de la température de la surface Dissipative, de l'élévation de température dans l'élément conducteur de chaleur et de l'élévation à l'interface des deux surfaces. La résistance thermique d'un élément conducteur est proportionnelle à sa longueur et inversement proportionnelle à la surface de la section et à la conductivité thermique (Figure 20 - 3). La minimisation de l'élévation de température totale dépend du contrôle de la résistance de l'interface, comme indiqué ci - dessus, et 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 Vico. Par convection « libre» ou « naturelle», on entend 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 mobile.

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 dans 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 très large gamme de radiateurs standard dans les applications de convection libre et forcée. Les sections suivantes fournissent des conseils sur le refroidissement par convection libre et forcé des convertisseurs Vico et des équipements configurables.