3つの基本的な熱伝達方法——熱管理

熱エネルギーは3つの基本的なメカニズムを通じて高温域から低温域に移行する、放射線、伝導、対流。
 

ふく射 異なる温度での質量間の熱の電磁伝達。

伝導。 固体媒体を介した熱の伝達。

たいりゅう流体媒体を介して熱を伝達する、通常は空気です。



この3つの熱伝達機構は各用途においてある程度活性化されている。対流はほとんどの応用における主要な熱伝達機構である。非主導的な効果は冷却に追加の貢献を提供する、しかし、場合によっては、アセンブリとサブアセンブリとの間に望ましくない熱相互作用と予想外の熱相互作用が生じる可能性があります。冷却戦略を成功させるには、この3つのメカニズムを考慮する必要があります。

ふく射

放射熱伝達は、互いに暴露された異なる温度の物体間で連続的に発生する。

1つの部品の温度に対する正味の影響は、他の部品に対する温度、相対部品の方向、表面仕上げ、間隔など、多くの要素に依存します。その中の多くの要素の困難を定量化し、放射エネルギー交換の普遍的な存在を加えることで、放射温度効果の計算は複雑であり、普遍的に正確ではない。

Vicorコンバータの実際の用途で遭遇した温度差は、放射冷却を主な伝熱機構にするのに十分ではなかった。ほとんどの場合、放射線は総伝熱の10%未満を占めます。これらの理由から、放射冷却の存在は主要な冷却機構を上回る安全マージンを提供すると考えられており、その影響の詳細な考慮は無視されている。ほとんどの場合、変換器は周囲の環境よりも熱くなり、放射エネルギー伝達が冷却に役立つという効果的な仮定があります。

しかし、場合によっては、近傍の物体（PC基板、電力抵抗器など）はコンバータよりもはるかに暑い可能性があり、正味放射エネルギー伝送は実際にはコンバータの温度を高める可能性がある。

変換器と周辺部品の相対位置と推定温度を測定することは、放射線移動の潜在的な影響を予測する方法である。熱部品がコンバータに近づく場合、挿入バリアを使用することで、通常は望ましくない放射加熱効果を緩和することができる。

コンダクタンス

ほとんどの用途では、熱は基板から付着したヒートシンクまたは熱伝導部材に伝導されます。基板と嵌合部材との界面を介して伝導される熱は、制御しなければならない温度低下を引き起こす。図20−2に示すように、界面は散逸電力流に直列に接続された「熱抵抗」としてモデル化することができる。基板温度は界面中の温度上昇と部材の温度の和となる

基板が接続されている。

制御しないと、表面界面の温度上昇が顕著になる可能性があります。界面の面積はできるだけ大きく、接続部材の表面平坦度は5ミル以内でなければならない。表面の不規則な部分には、熱複合体または熱マットを使用して充填する必要があります。適切な措置により、表面界面の熱抵抗は0.1 730 C/ワット以下に保つことができる。

多くの用途では、熱伝導性部材を介して変換器の基板から「遠隔」散逸表面に熱を伝導する必要がある。これにより生じる基板温度は、散逸表面の温度、熱伝導部材における温度上昇、および2つの表面界面における温度上昇の和である。導電部材の熱抵抗はその長さに比例し、断面積と熱伝導率に反比例する（図20〜30）。上述したように、全温度上昇を最小化することは、制御界面抵抗に依存し、適切な材料選択とサイズによって伝達部材の熱抵抗を制御する。

たいりゅう

対流熱を空気に伝えることはVicorコンバータを冷却するための一般的な方法です。「自由」または「自然」対流とは、散逸表面から周囲の冷たい静止空気に熱が移ることを意味し、強制対流とは、移動する空気流に熱が移ることを意味します。

対流冷却モデルを図20−4に示す。基板温度は空気温度、総散逸電力、2つの熱抵抗の値に依存する、基板とヒートシンクとの間の表面界面の熱抵抗及びヒートシンクの空気に対する熱抵抗。表面界面抵抗は、伝導の下で説明したように最小化することができる。空気に対するラジエータの抵抗は、ラジエータ材料と幾何学的形状、空気温度、空気密度、空気流速など、さまざまな要因に依存します。幸いなことに、熱抵抗データは、自由対流および強制対流用途における様々な標準ヒートシンクに使用することができる。次の章では、次元コンバータと構成可能なコンバータの自由対流および強制対流冷却ガイドを提供します。