Nella progettazione della dissipazione del calore, l'adozione di metodi efficaci di riduzione dei costi può migliorare l'affidabilità e l'efficienza del sistema complessivo, riducendo al contempo i costi inutili.

1-Il design di derating riduce i costi

Il design di derating è un metodo di progettazione che riduce intenzionalmente gli stress elettrici, termici e meccanici a cui sono sottoposti componenti o prodotti durante il funzionamento. Negli scenari di produzione e utilizzo effettivi, la stabilità delle apparecchiature elettroniche può essere migliorata riducendo lo stress sopportato dai componenti.

Diagramma schematico dei percorsi di dissipazione del calore per imballaggi 2D e 3D

l Riduzione dello stress lavorativo: durante la progettazione e il funzionamento del prodotto, lo stress lavorativo dei componenti può essere ridotto riducendo il carico di lavoro, controllando la frequenza operativa, limitando la corrente e la tensione, ecc.

l Ridurre lo stress ambientale: ridurre lo stress ambientale selezionando tipologie di componenti, layout e forme di imballaggio appropriate, ad esempio selezionando componenti con un ampio margine di temperatura o utilizzando forme di imballaggio con una buona tenuta per ridurre gli effetti della temperatura, dell'umidità e della pressione sui componenti.

l Applicazione dell'ingegneria dell'affidabilità: progettazione ridondante ragionevole, rilevamento e isolamento dei guasti, ecc., riducono ulteriormente il rischio di guasto dei componenti.

Riducendo lo stress sui componenti durante il funzionamento, è possibile ridurre il loro consumo di energia e la generazione di calore. Quando i dispositivi di potenza funzionano in condizioni di stress inferiori allo stress nominale, è possibile ridurre il loro consumo di energia e la generazione di calore, il che aiuta a migliorare l'efficienza energetica e l'affidabilità del sistema. A lungo termine, la progettazione del derating aumenta efficacemente la durata dei componenti, riduce i tassi di guasto, riduce il carico di lavoro di manutenzione e quindi riduce i costi.

2-Ottimizzare il layout

L'efficienza di funzionamento del radiatore può essere notevolmente migliorata mediante una disposizione ragionevole dei componenti termici; una strategia di disposizione dei componenti ragionevole può raggiungere un equilibrio tra prestazioni del prodotto e costi.

l Distribuire i componenti di dissipazione del calore: disperdere i componenti che generano grandi quantità di calore per ridurre il carico termico per unità di superficie.

l Posizione che favorisca la dissipazione del calore: posizionare l'elemento riscaldante in una posizione che favorisca la dissipazione del calore, ad esempio vicino a una presa d'aria o al bordo del dispositivo.

l Disposizione sfalsata: durante la disposizione, sfalsare i componenti riscaldanti rispetto agli altri componenti generali e cercare di rendere i componenti riscaldanti principalmente sensibili alla temperatura per ridurre il loro impatto sui componenti sensibili al calore.

l Miglioramento del flusso d'aria: modificando la progettazione della direzione e la disposizione dei componenti, il percorso del flusso d'aria viene ottimizzato, la portata aumenta e il coefficiente di trasferimento del calore viene migliorato.

Raccomandazioni sulla spaziatura tra i componenti

3-Scelta del metodo di raffreddamento

Man mano che le prestazioni dei componenti elettronici migliorano e il grado di integrazione aumenta, la densità di potenza continua ad aumentare, con conseguente aumento significativo del calore generato dai componenti elettronici durante il funzionamento. Quando si sceglie un metodo di dissipazione del calore per i componenti elettronici, i requisiti di controllo della temperatura includono principalmente i seguenti aspetti:

l Intervallo di temperatura: diversi componenti hanno diversi intervalli di tolleranza della temperatura. Ad esempio, i chip ad alte prestazioni come le CPU hanno requisiti di temperatura di esercizio compresi tra 85 e 100 °C, mentre alcuni dispositivi a bassa potenza possono tollerare temperature più elevate, quindi il sistema di raffreddamento deve garantire che i componenti funzionino entro un intervallo di temperatura sicuro.

l Precisione del controllo della temperatura: in alcuni scenari con severi requisiti di controllo della temperatura, è necessario adottare una soluzione di dissipazione del calore in grado di controllare accuratamente la temperatura per evitare il degrado delle prestazioni dei componenti o addirittura danni causati da temperature eccessivamente alte o basse.

l Temperatura ambiente: l'effetto di dissipazione del calore delle apparecchiature elettroniche non dipende solo dalla capacità di dissipazione del calore del dispositivo stesso, ma è anche influenzato dalla temperatura ambiente circostante. La progettazione della dissipazione del calore deve considerare le variazioni della temperatura ambiente e cercare di mantenere il dispositivo entro un intervallo di temperatura adeguato tramite mezzi di dissipazione del calore.

l Consumo energetico e affidabilità: alcuni componenti elettronici a bassa potenza possono utilizzare la dissipazione naturale del calore quando generano poco calore. Per le apparecchiature ad alto consumo energetico, è necessario attendere la tecnologia di dissipazione del calore delle università per garantire che mantenga prestazioni normali e prolunghi il funzionamento sotto carichi elevati durata di servizio.

l Sigillatura e densità: nei dispositivi assemblati sigillati e ad alta densità, se la generazione di calore non è elevata, è possibile fare affidamento sulla dissipazione naturale del calore. Quando i componenti sono densamente imballati e generano grandi quantità di calore, sono necessarie tecnologie di dissipazione del calore più efficaci come la dissipazione del calore forzata o il raffreddamento a liquido. Il raffreddamento a liquido e la tecnologia heat pipe sono utilizzati in scenari con elevato consumo energetico e grande generazione di calore, come componenti elettronici ad alta potenza come tubi a onda progressiva, magnetron e tubi amplificatori di potenza, server e apparecchiature ad alto consumo energetico e sistemi trielettrici di veicoli a nuova energia. I suoi vantaggi applicativi unici.

（lato sinistro）Modulo di raffreddamento dell'aria della pila di carica

（lato destro）Modulo di raffreddamento a liquido della pila di carica

Quando si sceglie un metodo di raffreddamento per componenti elettronici, è necessario considerare in modo completo fattori quali generazione di calore e flusso di calore, temperatura ambiente e temperatura di esercizio, vincoli di spazio e requisiti di isolamento termico, nonché costi e fattibilità. Utilizzando una tecnologia di raffreddamento e dispositivi di raffreddamento appropriati per garantire che i componenti funzionino a una temperatura adatta, il costo di sostituzione e manutenzione del sistema può essere ridotto in modo efficace. Inoltre, riutilizzare progetti storici è anche una strategia efficace per ridurre i costi di sviluppo e produzione e migliorare l'affidabilità.

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