Три основных метода теплопередачи - управление теплом

Тепловая энергия перемещается из высокотемпературной зоны в криогенную с помощью трех основных механизмов; Радиация, проводимость и конвекция.
 

Радиация   Электромагнитная передача тепла между массами при различных температурах.

Провод.   Тепло передается через твердую среду.

Конвекция Передача тепла через жидкую среду; Обычно это воздух.



Эти три механизма теплопередачи в определенной степени активны в каждом применении. Конвекция будет основным механизмом теплопередачи в большинстве применений. Непосредственный эффект обеспечит дополнительный вклад в охлаждение; Однако в некоторых случаях они могут привести к нежелательным и неожиданным тепловым взаимодействиям между компонентами и подсистемами. При разработке успешных стратегий охлаждения следует учитывать эти три механизма.

Радиация

Между объектами, подвергающимися взаимному воздействию при различных температурах, происходит непрерывная радиационная теплопередача.

Чистое влияние на температуру отдельных деталей зависит от многих факторов, включая их температуру по отношению к другим деталям, относительное направление детали, чистоту поверхности и расстояние. Трудность количественной оценки многих из этих факторов в сочетании с широко распространенным обменом радиационной энергии делает расчет температурного эффекта излучения сложным и, как правило, неточным.

Разница температур, встречающаяся в практическом применении преобразователей Vicor, никогда не была достаточной, чтобы сделать радиационное охлаждение основным механизмом теплопередачи. В большинстве случаев радиация будет составлять менее 10% от общей теплопередачи. По этим причинам считается, что наличие радиационного охлаждения обеспечивает более высокий уровень безопасности, чем основной механизм охлаждения, игнорируя подробное рассмотрение его воздействия. В большинстве случаев эффективная гипотеза заключается в том, что преобразователь будет более горячим, чем окружающая среда, и передача радиационной энергии поможет охладить его.

Однако в некоторых случаях близлежащие объекты (панели ПК, резисторы мощности и т. Д.) могут быть намного более горячими, чем преобразователи, и передача чистой энергии излучения может фактически увеличить температуру преобразователя.

Измерение относительного положения и расчетной температуры преобразователя и окружающих деталей является одним из методов прогнозирования потенциального воздействия переноса излучения. При приближении тепловых компонентов к преобразователю использование вставного барьера обычно смягчает нежелательный эффект радиационного нагрева.

Провод

В большинстве применений тепло передается от основной пластины к прикрепленному радиатору или теплопроводному элементу. Тепло, передаваемое через интерфейс между базовой пластиной и соединительными элементами, приведет к снижению температуры, которую необходимо контролировать. Как показано на рисунке 20 - 2, интерфейс может быть смоделирован как « тепловое сопротивление», последовательно связанное с потоком рассеянной мощности. Температура фундамента будет суммой повышения температуры в интерфейсе и температуры элемента.

Фундамент подключен.

Без контроля повышение температуры на поверхности может быть значительным. Площадь интерфейса должна быть максимально большой, а плоскость поверхности соединительного элемента должна быть в пределах 5 метров. Нерегулярные части поверхности должны заполняться тепловыми композициями или тепловыми прокладками. С помощью соответствующих мер тепловое сопротивление поверхностного интерфейса может поддерживаться ниже 0,1ºC / Вт.

Многие приложения требуют передачи тепла от основной пластины преобразователя к « удаленной» поверхности рассеяния через теплопроводные элементы. Полученная температура фундамента будет представлять собой температуру рассеянной поверхности, повышение температуры в теплопроводных элементах и сумму повышения температуры на обоих поверхностных поверхностях. Тепловое сопротивление проводящих элементов пропорционально их длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения и тепловой проводимости (рис. 20 - 30). Как упоминалось выше, минимизация общего повышения температуры зависит от сопротивления интерфейса управления, а также от теплового сопротивления передающего элемента с помощью правильного выбора материала и размера.

Конвекция

Передача конвективного тепла в воздух является обычным методом охлаждения преобразователей Vicor. "Свободная" или "естественная" конвекция означает перенос тепла с рассеянной поверхности в окружающий более холодный неподвижный воздух; Принудительная конвекция - это передача тепла в движущийся воздушный поток.

Модель конвективного охлаждения показана на рисунке 20 - 4. Температура фундамента зависит от температуры воздуха, общей мощности рассеяния и двух значений теплового сопротивления; тепловое сопротивление поверхностного интерфейса между фундаментом и радиатором и тепловое сопротивление радиатора воздуху. Сопротивление поверхностного интерфейса может быть минимизировано, как описано под проводимостью. Сопротивление радиатора воздуху зависит от многих факторов, включая материал и геометрию радиатора, температуру воздуха, плотность воздуха и скорость потока воздуха. К счастью, данные о тепловом сопротивлении могут быть использованы для различных стандартных радиаторов в приложениях для свободной и принудительной конвекции. В следующих разделах содержатся руководящие принципы по свободной конвекции и принудительному конвективному охлаждению для конвертеров Вико и настраиваемых преобразователей.