Soluții eficiente pentru disiparea căldurii în tehnologia de iluminat LED. Cinci metode de bază de disipare a căldurii în mediile IT producătorii și dispozitivele de răcire de marcă
Cinci metode de bază pentru disiparea căldurii într-un mediu IT
Există cinci moduri principale prin care căldura nedorită poate fi colectată și transferată din camera IT în mediul exterior. Una sau mai multe dintre aceste metode sunt folosite pentru a răci practic toate sălile de calculatoare și centrele de date critice. Fiecare metodă se bazează pe un ciclu de refrigerare pentru a transfera sau pompa căldură din centrul de date sau camera de calculatoare în mediul exterior. Unele metode mută componentele ciclului de refrigerare departe de camera IT, iar unele metode adaugă bucle suplimentare (conducte închise) de apă sau alte fluide pentru a ajuta procesul de răcire.
ARS furnizează sisteme de toate tipurile în funcție de opțiunile de construire a sălilor de servere și a centrelor de date, a sediilor centrelor de date, a condițiilor de mediu etc.
Mai jos este o descriere a opțiunii de construcție a sistemului de aer condiționat utilizată în acest proiect.
Sistem răcit cu glicol
În acest tip de sistem, toate componentele ciclului de refrigerare sunt găzduite într-o singură carcasă (ca într-un sistem închis), dar serpentina voluminoasă a condensatorului este înlocuită cu un schimbător de căldură mult mai compact, așa cum se arată în Fig. 3. Schimbătorul de căldură folosește un curent de glicol (un amestec de apă și etilenglicol, similar cu antigelul auto) pentru a colecta căldura din agentul frigorific și a o transfera din mediul IT. Schimbătoarele de căldură și conductele de glicol sunt întotdeauna mai mici decât serpentinele condensatorului (în sistemele cu 2 căi răcite cu aer) și conductele condensatorului (în sistemele cu buclă închisă răcite cu aer), deoarece amestecul de glicol colectează și transferă căldura mult mai bine decât gazul. Fluxul de glicol este introdus într-un dispozitiv montat extern numit răcitor de lichid. Căldura este disipată în atmosfera exterioară prin suflarea aerului exterior folosind ventilatoare printr-o bobină de răcire lichidă umplută cu glicol cald. Ansamblul pompă (pompă, motor și carcasă de reținere) circulă glicolul în circuit de la aparatul de aer condiționat din camera computerelor la răcitorul de lichid și înapoi.
Sistem răcit cu glicol
Avantaje
Toate componentele ciclului de refrigerare sunt conținute în unitatea de tratare a aerului din camera computerelor, care este sigilată și testată din fabrică pentru a obține cea mai mare fiabilitate, păstrând în același timp aceleași cerințe de spațiu ca un sistem din două piese răcit cu aer.
Conductele de glicol pot fi conduse pe distanțe semnificativ mai mari decât liniile de agent frigorific (în sistemele răcite cu aer), iar un singur răcitor de lichid și o unitate de pompă pot deservi unitățile de aer condiționat din mai multe săli de calculatoare.
Pe vreme rece, glicolul din răcitorul de lichid poate fi răcit atât de mult (sub 10°C) încât poate ocoli schimbătorul de căldură al unității CRAC și poate fi direct într-o bobină de economisire special instalată. În acest caz, ciclul de refrigerare este oprit și mediul IT este răcit prin trecerea aerului prin serpentina economizorului, prin care acum curge glicolul rece. Acest proces, numit „free cooling”, asigură o reducere excelentă a costurilor de operare.
Nevoia de componente suplimentare (bloc pompe, supape) crește costurile de capital și de instalare în comparație cu sistemele DX răcite cu aer.
Volumul și calitatea glicolului din sistem trebuie menținute.
Săli de calculatoare și centre de date mici și mijlocii.
Sisteme de apă răcită
Într-un sistem de apă răcită, componentele ciclului de refrigerare sunt transferate de la sistemele de aer condiționat din camera computerelor la un dispozitiv numit răcitor de apă, așa cum se arată în Fig. 5. Acest dispozitiv produce apă răcită (la o temperatură de aproximativ 8°C), care este pompată prin conducte de la răcitor la dispozitivele de tratare a aerului din camera computerelor (CRAH) instalate în mediul IT. Blocurile CRAH sunt similare în aspect pe aparatele de aer condiționat din sala computerelor, dar funcționează diferit. Ele răcesc aerul (disipează căldura) prin suflarea aerului cald din sala de calculatoare prin serpentine de apă rece umplute cu apă rece circulantă. Căldura este îndepărtată din mediul IT cu un flux de apă rece (mai caldă) care iese din unitatea CRAH și se întoarce în răcitor. Acolo, căldura îndepărtată din apa de retur este în mod obișnuit îndepărtată într-o buclă de apă a condensatorului (la fel ca în aparatele de aer condiționat răcite cu apă din camera computerelor) pentru a fi transferată în atmosfera exterioară. Sistemele de apă răcită sunt de obicei împărțite între multe unități de tratare a aerului din camera computerelor și sunt adesea folosite pentru a răci o clădire întreagă.
Sistem de apă răcită
Notă: mașina de răcire cu apă poate folosi diverse tipuri răcire. În acest caz, este afișat un sistem răcit cu apă. În regiunile reci, se folosesc de obicei mașini răcite cu glicol.
Avantaje
Unitățile de tratare a aerului din camera computerelor sunt de obicei mai puțin costisitoare, conțin mai puține piese și au mai multa putere disiparea căldurii în comparație cu aparatele de aer condiționat din aceeași amprentă.
Conductele de apă răcită pot fi conduse cu ușurință pe distanțe foarte mari, iar o unitate de apă răcită poate deservi mai multe camere IT (sau o clădire întreagă).
Sistemele de apă răcită pot fi proiectate pentru a oferi o fiabilitate foarte ridicată.
Pentru instalațiile mai mari, sistemele de apă răcită oferă cel mai mic cost pe unitate de capacitate.
Sistemele de apă răcită au de obicei cel mai mare cost de capital pentru instalațiile cu sarcini electrice IT sub 100 kW.
De obicei, unitățile CRAH elimină mai multă umiditate din aer decât unitățile CRAC, ceea ce crește costurile de umidificare interioară în multe zone climatice.
În mediul IT, apare o sursă suplimentară de fluid.
În combinație cu alte sisteme din centre de date medii până la mari, cu cerințe de disponibilitate moderată până la ridicată, sau ca soluție dedicată de înaltă disponibilitate în centrele de date mari.
Distribuția fluxului de aer în interiorul camerei serverului și opțiuni posibile amplasarea sistemelor de aer condiționat.
ARS oferă mai multe opțiuni pentru organizarea schimbului de aer în interiorul sălii serverului și, ca urmare, mai multe opțiuni pentru amplasarea echipamentelor.
Opțiunea 1: Organizați un culoar rece/cald așa cum se arată în figura de mai jos.
În acest caz, aparatele de aer condiționat sunt instalate la ambele capete ale culoarului rece și evacuează aerul rece direct din culoarul rece.
Avantaje
Sistemul este o soluție destul de economică, deoarece nu necesită utilizarea unei podele înălțate
Sistemul face posibilă asigurarea suplimentară a separării fluxurilor de aer cald și rece prin instalare componente suplimentare, care asigură disiparea căldurii în limita a 7 kW/rack
Nu există o separare completă a fluxurilor de aer cald și rece, prin urmare, fără elemente suplimentare, este capabil să elimine căldura în termen de 2,5 kW/rack
O cameră mică de servere sau un centru de date cu o densitate redusă a puterii echipamentelor, dar este posibilă o creștere a densității.
Opțiunea 2. Organizarea unui culoar rece/cald folosind o podea înălțată, așa cum se arată în figura de mai jos.
Direcția mișcării aerului cald peste podeaua înălțată
Direcția mișcării aerului rece sub podeaua ridicată
Orificiile de evacuare a aerului rece prin podeaua ridicată
În acest caz, aparatele de aer condiționat sunt instalate în colțurile opuse ale încăperii (de preferință pentru a organiza o presiune uniformă sub podeaua ridicată) și evacuează aer rece sub podeaua înălțată.
Aerul cald este preluat din tavanul sistemului de aer condiționat.
Avantaje
Sistemul asigură separarea fluxurilor de aer cald și rece, prin urmare este capabil să elimine căldura în termen de 3 kW/rack
Este necesară o pardoseală ridicată
Datorită limitării suprafeței alocate pentru admisia aerului rece, dezvoltarea ulterioară a camerei serverelor (creșterea disipării căldurii la 5-7 kW/rack) este imposibilă.
Întreținerea sistemului de cabluri dacă este așezat sub o podea ridicată sau extins este dificilă. Dacă podeaua înălțată este demontată, presiunea este, de asemenea, perturbată, în timpul lucrului, poate apărea supraîncălzirea locală a echipamentului și oprirea procesului.
O cameră mică de servere sau un centru de date cu densitate redusă de putere a echipamentelor.
Opțiunea 3. Organizarea unui culoar rece/cald cu instalarea unui aparat de aer condiționat pe un rând cu dulapuri de montare pentru echipamente, așa cum se arată în figura de mai jos.
În acest caz, aparatele de aer condiționat sunt instalate pe un rând cu echipamente care preia aer cald direct din culoarul fierbinte și evacuează aer rece direct în culoarul rece.
Avantaje
Sistemul asigură separarea fluxurilor de aer cald și rece și este capabil să elimine căldura în limita a 7 kW/rack
Nu este nevoie de podea falsă
Cost mai mare în comparație cu soluțiile tradiționale
Centre de date medii și mari cu echipamente cu densitate mare de putere.
Detalii
Tehnologie pentru eliminarea căldurii din echipamente
Participa la procesele de productie diverse tipuri echipamente: acestea includ mașini de prelucrare, aparate de înaltă presiune, recipiente cu soluții chimice și rezervoare de încălzire. Toate acestea sunt capabile să se încălzească, ceea ce afectează negativ piesele care sunt prelucrate, părțile de lucru și procesul tehnologic în ansamblu. Dar cum să eliminați căldura din rezervor, care în sine asigură încălzirea anumitor sisteme? Sau cum să eliminați căldura dintr-un recipient umplut cu un produs fierbinte? Și, de asemenea, cum să eliminați căldura de la o mașină în care unealta este în mișcare constantă?
Atât răcirea mașinilor-unelte, cât și a diferitelor rezervoare se realizează cu ajutorul echipamentelor speciale de schimb de căldură, care astăzi este utilizat activ în agricultură, industrie și viața de zi cu zi. Astfel de dispozitive de încălzire sau răcire a apei, care asigură încălzirea sau răcirea altor ape de proces și soluții, circulă în circuite închise de alimentare cu apă caldă și sisteme de încălzire, în sisteme de ventilație și aer condiționat, în evaporatoare și condensatoare, în piscine și în alte sisteme industriale și casnice. sisteme.
Întrebarea despre cum să eliminați căldura din apă este rezolvată prin utilizarea chillerelor - unități speciale de refrigerare cu una sau alta putere și capacitate de răcire. Prin intermediul unui compresor și al unui evaporator în această instalație, freonul este răcit, care răcește apa într-un rezervor separat printr-un schimbător de căldură. De aici lichidul de răcire se grăbește către obiectul de răcit, fie el un recipient, o baie de soluție, un rezervor de încălzire sau o mașină de procesare. Dar pentru a controla temperatura lichidului de răcire, designul răcitorului de lichid include și un încălzitor de apă, care previne suprarăcirea lichidului, ceea ce poate introduce un dezechilibru în ciclul de producție. Pentru racirea rezervoarelor se instaleaza un schimbator de caldura atat in interiorul rezervoarelor, cat si in jurul acestora, in functie de faptul ca este o baie deschisa sau un rezervor inchis. Răcirea unei mașini implică atât răcirea pieselor în mișcare, cât și răcirea sistemului de lubrifiere. În primul caz, apa rece poate fi furnizată în mod deschis direct în zona de tăiere sau șlefuire. În al doilea caz, o bobină cu lichid de răcire răcit la temperatura necesară este trecută prin sistemul de lubrifiere.
Compania Peter Kholod lucrează de mult timp în domeniul echipamentelor de schimb de căldură pentru o mare varietate de scopuri. Implementăm instalații moderne de înaltă calitate care fac față perfect sarcinilor de încălzire și răcire atribuite, le instalăm la fața locului cu instalarea completă a conductelor asociate, efectuăm pornirea, întreţinere, instruim personalul cu privire la problemele de reglare și control.
Sfaturi utile
Înainte de a începe să învățați toate secretele păstrării căldurii în casă, merită să acordați atenție modului în care căldura scapă din casa noastră (procentul tuturor pierderilor într-o casă obișnuită cu panouri):
* Pereți și uși - 42%
* Ventilatie - 30%
* Windows - 16%
* Subsoluri - 5%
* Acoperiș - 7%
Cum să-ți păstrezi casa caldă
1. Dimineata, deschide draperiile si/sau jaluzelele pentru a permite lumina soarelui sa intre in casa. Sticla dintr-o fereastră permite luminii să intre, dar nu să iasă înapoi. În casă, lumina se acumulează, sărind de pereți și de mobilier și, în cele din urmă, se transformă în căldură.
2. Folosiți draperii groase (oscurătoare) noaptea pentru a preveni scăparea căldurii prin ferestre. Fără lumina soarelui ferestrele devin inamicul tău. Creați tapet gros pentru a preveni scăparea căldurii.
* Puteți folosi pur și simplu o pătură groasă de care este atașată o tijă sau un băț pentru a menține forma.
Măsurați-vă fereastra și găsiți ceva solid, cum ar fi o tijă rigidă sau un băț puternic, pe care apoi să îl puteți înfășura în jurul perdelei. Puteți folosi și o tijă veche pentru perdea (dacă aveți una).
*Puteți folosi și două bucăți de țesătură groasă. Există instrucțiuni pentru aceasta:
2.1 Pregătiți două bucăți de țesătură groasă. Așezați ambele bucăți de material unul peste celălalt cu un model față în față. Asigurați totul cu știfturi și tăiați-l astfel încât rezultatul final să fie cu câțiva centimetri mai mare decât dimensiunile ferestrei.
2.2 Coaseți toate straturile pe trei părți. Pe ultima a patra parte, coaseți o treime din toată lungimea de la fiecare capăt (se dovedește că va rămâne o treime necusută în mijloc). Folosiți partea necusută pentru a întoarce țesăturile pe dos.
2.3 Introduceți o tijă în gaură și fixați-o cu o cusătură și coaseți materialul până la capăt.
* Dacă perdelele sunt lungi și acoperă caloriferele, atunci atașați bucle la marginea de jos a perdelei și coaseți nasturi în mijlocul perdelei. În acest fel, puteți înșira bucle pe nasturi, ridicând draperiile deasupra caloriferului.
3. Sigilați ramele vechi de ferestre pentru a preveni scurgerile de căldură. Nu trebuie să cheltuiți mult - un material de etanșare ieftin poate fi găsit la orice magazin de hardware. De asemenea, îți va lua foarte puțin timp.
4. Dacă ai rămas folie cu bule de la produsele care au fost ambalate în el, tăiați-o la dimensiunea de care aveți nevoie. Este de remarcat faptul că acest film poate fi achiziționat separat. Pulverizați puțină apă pe fereastră și apăsați filmul pe geam cu bule - apa va servi drept lipici pentru film și nu vor mai rămâne pete mai târziu. Astfel puteți reduce pierderile de căldură cu 50%.
Cum să faci podeaua mai caldă
5. Acoperiți podelele cu covoare. Nu este nimic mai neplăcut decât să stai desculț pe o podea rece dimineața. Pe lângă faptul că se simt grozav, covoarele oferă și un strat suplimentar de izolație care împiedică aerul rece să se ridice de pe podea, ceea ce înseamnă că picioarele vă vor mulțumi.
6. Folosiți un material de etanșare (vată sau spumă, de exemplu) pentru a sigila eventualele crăpături de la ferestre. După aceasta, acoperiți crăpăturile cu benzi de material de bumbac (lățimea fiecărei benzi este de 4-5 cm). Acest lucru va împiedica căldura să iasă din casă.
7. Este indicat să aveți uși groase, masive în casă, care să vă țină multă căldură. De asemenea, puteți tapița o ușă veche din față cu piele din piele umplută cu căptușeală din spumă.
Este recomandabil să tencuiți toate fisurile cu spumă poliuretanică. Dacă decideți să instalați o ușă nouă, atunci vedeți dacă o puteți păstra pe cea veche, pentru că... două uși de intrare creează un spațiu de aer între ele și izolează căldura.
Cum să-ți păstrezi casa caldă
8. Atașați o folie de folie în spatele caloriferului și acesta va reflecta căldura înapoi în cameră, cu puțină căldură scăpând prin perete. Este de remarcat faptul că distanța dintre folie și baterie trebuie să fie de cel puțin 3 cm.
9. Daca dintr-un motiv sau altul nu puteti atasa un paravan din folie metalica, incercati sa izolati casa din exterior. Comandați izolarea peretelui de capăt (de regulă, aceasta se face cu plăci speciale).
10. Faceți duș cu ușa deschisă (dacă este posibil). Căldura și aerul umed creat de scăldat vor crește temperatura aerului în întreaga casă.
11. Uscați lucrurile în casă. La fel ca înotul cu ușa deschisă, această metodă crește umiditatea din aer, făcându-vă să vă simțiți mai plăcut și confortabil.
Izolație pentru locuințe făcut-o singur
12. Rearanjați mobilierul
Nu vă permiteți să vă izolați pereții exteriori? Apoi încercați să rearanjați mobilierul. De exemplu, plasați un dulap mare lângă peretele cel mai rece. Dar rețineți că canapeaua nu trebuie plasată lângă calorifer, deoarece vei perturba schimbul de aer.
13. Dacă aveți ferestre crăpate, asigurați-vă că le înlocuiți.
14. Dacă te hotărăști să coaceți ceva, lăsați ușa bucătăriei deschisă, astfel încât căldura cuptorului și/sau a aragazului să se răspândească în toată casa.
15. Nu în ultimul rând, poți achiziționa un încălzitor.
Cum să alegi un încălzitor
Există câteva lucruri pe care ar trebui să le știți înainte de a cumpăra un încălzitor.
Mai întâi trebuie să decideți pentru ce aveți nevoie. Pe baza acestui lucru, ar trebui să alegeți cât de puternic este necesar încălzitorul. Aflați zona camerei (camera). Un apartament obișnuit cu tavane de 2,75 - 2,8 m are nevoie de un încălzitor cu o capacitate de cel puțin 1 kW la fiecare 10 mp. m.
Un mare plus va fi prezența unui regulator de temperatură și putere în încălzitor. Există mai multe tipuri de încălzitoare:
15.1 Încălzitor de ulei
Cum funcționează:
În interiorul unui astfel de încălzitor există 2 sau 3 elemente de încălzire care sunt folosite pentru încălzirea uleiului mineral. Acest ulei are un punct de fierbere destul de ridicat și când se încălzește, căldura este transferată peste tot suprafata metalica aparat.
Cu ajutorul unui astfel de încălzitor, aerul se încălzește destul de repede, iar încălzitorul cu ulei nu usucă aerul. Poate fi echipat cu un termostat, cu care încălzitorul se oprește atunci când temperatura atinge un nivel setat.
15.2 Convector
Cum funcționează:
Aerul rece este trecut prin elementul de încălzire și încălzit, iar apoi iese prin grilajele situate în partea superioară a dispozitivului. Sursă suplimentară căldura provine din corpul convectorului, care se încălzește și el. Dar ar trebui să așezați încălzitorul departe de mobilă, pentru că... o carcasă caldă o poate strica.
Convectoarele pot fi montate pe perete sau așezate pe picioare speciale. Dispozitivul este destul de sigur, deoarece lui element de încălzire ascuns în interiorul carcasei. Dacă convectorul are un termostat, acesta poate funcționa continuu.
Singurul negativ este că încălzitorul încălzește camera încet. Ar trebui folosit pentru a menține temperatura dorită.
15.3 Ventilator de încălzire
Cum funcționează:
În interiorul acestui încălzitor există o spirală subțire care devine foarte fierbinte. Căldura creată prin încălzirea serpentinei este distribuită în întreaga cameră cu ajutorul unui ventilator.
Aerul din cameră se încălzește destul de repede, iar dispozitivul în sine este ușor de transportat, deoarece este destul de usor. De obicei, un ventilator de căldură este utilizat în birouri.
Dar este de remarcat faptul că dispozitivul usucă aerul, care, la rândul său, este dăunător sănătății. Nu este recomandabil să folosiți un ventilator de căldură acolo unde există o persoană astmatică. Un alt dezavantaj al unui astfel de dispozitiv este zgomotul constant în timpul funcționării acestuia.
15.4 Încălzitor cu infraroșu (emițător de cuarț)
Cum funcționează:
Acest dispozitiv, spre deosebire de altele, încălzește obiectele din jurul lui, nu aerul. Încălzirea suplimentară a încăperii are loc datorită căldurii emanate de pardoseli, pereți și mobilier încălziți. Acest lucru vă permite să economisiți energie electrică, deoarece Este posibil ca dispozitivul în sine să nu funcționeze, dar încăperea continuă să fie caldă.
Dacă economiile sunt pe primul loc, atunci ar trebui să alegeți doar un astfel de încălzitor. Dar trebuie să știți că emițătoarele de cuarț cu infraroșu sunt cele mai scumpe și necesită un specialist pentru a le instala.
Dacă aveți LED-uri de mare putere sau o sursă de alimentare sau dacă încercați să conduceți motoare mari, va trebui să eliminați multă căldură din plăci de circuite imprimate. Modul clasic de a disipa căldura este să înșurubați tranzistorul de putere pe un radiator din aluminiu. Acest lucru este lent, dezordonat și costisitor, mai ales dacă aveți nevoie de pastă termică între tranzistor și radiator (Figura 1).
O alta problema cu astfel de calorifere este ca operatiunile de asamblare sunt mai putin controlate. Procesul de fabricare a unei plăci de circuit imprimat și instalarea acesteia este un proces strict controlat și repetabil. Când aveți un articol asamblat manual, acest lucru crește probabilitatea de erori. Acest lucru este valabil mai ales dacă oamenii care lucrează sunt în cealaltă parte a lumii, vorbesc o altă limbă și sunt slab pregătiți.
A face din circuitul de management termic o parte integrantă a PCB-ului dumneavoastră este întotdeauna o idee bună. Experiența a arătat că puteți disipa aproximativ 2 wați de căldură printr-un petic de cupru de 3x5 inci pe o placă FR4 obișnuită.
Wayne Yamaguchi a învățat câteva trucuri foarte importante de proiectare termică cu kiturile de convertoare Maglite pentru lanterne cu LED (Figura 2). El a crezut că cea mai dificilă parte a lucrării ar fi dezvoltarea unui stabilizator de puls. Dar s-a dovedit că cele mai mari dificultăți sunt asociate cu proiectarea mecanică și proiectarea termică.
Wayne și-a dat seama cum să folosească vias și plăcuțe de cupru pentru a elimina căldura de la LED și a o transfera pe corp din aluminiu Maglite. Disiparea căldurii este motivul pentru care lanterne cu led nu din plastic. Un LED este mai eficient decât un bec incandescent, dar becul emite căldură în exces sub formă de radiație infraroșie împreună cu lumina vizibilă. Căldura generată de LED rămâne în el.
În primul rând, vă uitați la cum să disipați mai multă căldură în cuprul PCB. Puteți experimenta cu cupru mai gros. Plăcile de circuite imprimate convenționale au un strat de cupru care are o grosime de una până la două uncii pe metru pătrat. Pentru a obține grosimea reală în mils (miimi de inch), această valoare trebuie înmulțită cu 1,37. Plăcile cu circuite imprimate cu folie de cupru de până la 6 uncii pe metru pătrat sunt ușor de comandat. Apoi ajungeți la ceea ce producătorii de PCB numesc „cupru greu”, unde cuprul poate cântări până la 20 uncii pe metru pătrat, sau 27,4 mils grosime. Dacă aveți nevoie de o grosime și mai mare, puteți apela la producătorii de PCB care produc „cupru extrem”. Acesta este orice lucru care este mai gros de 20 uncii pe metru pătrat.
Orice flux de aer în jurul radiatorului sau poligoanelor face disiparea căldurii mult mai ușoară. Dacă expuneți masca de lipit pe suprafața gropii de gunoi, acest lucru va îmbunătăți disiparea căldurii către mediu. Evitați finisarea acestor suprafețe mari goale de cupru cu aer fierbinte. Lipirea se poate acumula și, împreună cu o disipare îmbunătățită a căldurii, ajungem la bucăți mari de lipit atârnând. Este mai bine să placați cu nichel sau să folosiți aur de imersie. Ambele vor proteja cuprul de coroziune, iar finisajul auriu arată, de asemenea, grozav.
Când PCB-ul nu poate furniza suficientă putere, puteți, în funcție de spațiul disponibil pe placă, să creșteți numărul de tranzistori de ieșire. Tehnologia liniară, de exemplu, vă poate ajuta să faceți acest lucru cu regulatoarele liniare LT3080 pe care le puteți conecta în paralel (Figura 3). Dacă dispozitivul dvs. disipează 5 W, puteți conecta trei circuite integrate în paralel. Fiecare dispozitiv va funcționa bine la o putere de până la 2 W dacă îi dați suficient cupru pe placă pentru a disipa căldura. Pentru a redistribui căldura, puteți folosi și straturile interioare, dar nu uitați să le „coaseți” cu straturile exterioare de cupru prin vias, deoarece în cele din urmă căldura trebuie disipată în aerul înconjurător.
Dacă paralelizarea componentelor SMD și a cuprului gros pe un PCB nu este suficientă, puteți căuta tranzistori precum familia Direct FET a International Rectifier, cunoscută și sub numele de Infineon CanPAK (Figura 4). Radiatoarele pot fi instalate deasupra carcasei lor. Acum puteți folosi întregul arsenal de cupru gros și greu pe toate cele trei terminale. De asemenea, puteți apăsa sau lipi radiatorul de partea superioară a componentei care face parte din cadrul plumbului.
În plus, pentru a transfera căldură de la PCB în aer în circuitele care conțin stabilizatoare de puls cu FET-uri încorporate sau tranzistoare discrete obișnuite, puteți utiliza radiatoare cu aripi de pescăr sau în formă de U (Figura 5). Marele avantaj al acestei soluții este că aceste radiatoare pot fi instalate folosind manipulatoare automate, la fel ca și alte componente de pe placa dumneavoastră. Apoi trimiteți placa printr-un cuptor obișnuit cu infraroșu pentru a lipi atât componentele, cât și radiatoarele. Asigurați-vă că programul dvs. CAD „inserează” informațiile de instalare a radiatorului în fișierul de ieșire după plasare tranzistoare cu efect de câmp. De asemenea, puteți face o notă pe desenul de ansamblu.
Efectul instalării unui radiator pe o carcasă de plastic va fi foarte mic. Căldura trece prin carcasa de plastic atât de încet încât cristalul de siliciu în sine este răcit foarte slab de radiatorul metalic de pe plastic. Cel mai bun mod de a disipa căldura este prin intermediul cadrului de plumb pe care este montat cipul. În majoritatea componentelor, cadrul de plumb este conectat la masă, comun sau un pin de alimentare negativ. Unele cipuri CMOS au cadrul de plumb conectat la pozitiv sursa de alimentare. Consultați-vă cu producătorul circuitului integrat înainte de a specula cum să disipați căldura.
Când trebuie să disipați cu adevărat multă căldură, poate într-un mediu fierbinte, cum ar fi sub capota unei mașini, puteți trece la PCB-uri pe bază de metal (Figura 6). Lucrul bun despre plăcile cu o bază metalică este că săritul cantitate uriașă căldură, ele servesc simultan ca elemente de rezistență ale structurii. Vestea proastă este că, pentru volume mici de producție, PCB-urile pe bază de metal tind să fie scumpe. PCBPool poate oferi servicii pentru producerea de prototipuri de plăci de circuite imprimate pe o bază metalică.
Există o tehnologie PCB patentată mai nouă, care produce curenți mari și disipare ridicată a căldurii. Häusermann numește acest proces HSMtec. Ei „cosă” și acoperă plăcile cu conductori de până la 20 mils grosime. Acești conductori și benzi rulează fie sub, fie deasupra urmelor existente în designul PCB-ului dvs. (Figura 7a) (Figura 7b). Ca rezultat, orice conductor îngust poate transporta mult mai mult curent și căldură. Benzile de 2 mil pot fi făcute destul de largi și veți obține aceleași beneficii ca și utilizarea PCB-urilor extreme din cupru sau metal.
|
Când vine vorba de design termic bun, nu cel mai bun exemplu decât linia de controlere de motoare pentru vehicule electrice realizate de Otmar Ebenhoech și Zilla (Figura 8). Dacă urmăriți emisiunea PBS despre White Zombie, unul dintre cei mai buni alergători de stradă electrice de pe Pământ, puteți vedea controlerele Zilla când camera se uită sub capotă. Otmar a înțeles natura de compromis a designului termic cu mulți ani în urmă. A început cu modul mare IGBT. Era greu de controlat și la fel de greu de disipat căldura. Otmar are multe module explodate atârnate pe perete ca suveniruri. Ideea lui a fost că ar fi mai ușor să eliminați căldura din mai multe IGBT-uri. Așa că a folosit 36 de IGBT-uri în pachete TO-247. Când l-am întrebat de ce nu a folosit un MOSFET, Ibinhojic a remarcat că „în intervalul de tensiune de 600 V la curent maxim IGBT-urile au pierderi de putere mult mai mici. Modulele Zilla Z2K standard funcționează la un curent de motor de 2000 A.” Pentru a elimina căldura din aceste surse distribuite pe toată placa, Otmar folosește calorifere de cupru răcite cu apă. Pentru a reduce impedanța sursei de alimentare MOSFET, condensatorii de stocare sunt importanți. La aceste niveluri actuale, chiar și cea mai mică cantitate de inductanță magistrală va însemna supratensiuni mari de comutare, ducând la distrugerea IGBT și la pierderea de putere. Otmar își amintește că cea mai interesantă parte a proiectului a fost puzzle-ul de design mecanic. „Doriți să plasați condensatorii cât mai aproape de IGBT, dar, în același timp, doriți să eliminați căldura din IGBT.” Apoi sunt cablurile de jumătate de inch care transportă curent, plus că trebuie să proiectați foarte sistem bun„împământare” astfel încât terminalele secunde ale condensatoarelor „văd” impedanța scăzută. Fiecare IGBT are, de asemenea, o diodă de prindere, care ar trebui să fie amplasată cât mai aproape posibil pentru a minimiza dimensiunea buclelor de curent. O altă idee genială a lui Otmar este utilizarea unui microcontroler Microchip PIC pe 8 biți pentru a monitoriza și controla toate aspectele conversiei puterii. În zilele noastre, poate ați folosi un cip ARM Cortex M0 pe 32 de biți. Apoi ați putea avea o stivă TCP/IP dacă doriți să conectați controlerul la Internet prin Wi-Fi. Ibinhojic notează: „PIC-urile au fost alese în 1999, acum aș folosi ceva mult mai rapid”. Deci, proiectezi Lampa LED sau o mașină de curse electrică, trebuie să vă cunoașteți capacitățile și trebuie să eliminați căldura din electronică. Dacă vă asigurați că proiectați pentru cele mai proaste condiții și îl testați efectiv în acele condiții, puteți garanta că va trăi o viață lungă și fericită. |