โซลูชั่นระบายความร้อนสำหรับสวิตช์อุตสาหกรรม

เราทุกคนรู้ดีว่าหากผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มีการกระจายความร้อนไม่ดี ประสิทธิภาพการทำงานของชิปจะลดลงอย่างมาก หากเกินอุณหภูมิการทำงานที่อนุญาต อุปกรณ์จะพังหรือไหม้ได้ ดังนั้น เมื่อออกแบบสวิตช์อุตสาหกรรม เราต้องใส่ใจเพียงพอกับการออกแบบการกระจายความร้อน เลือกโซลูชันและพารามิเตอร์การระบายความร้อนที่เหมาะสม

การออกแบบการระบายความร้อนของอุปกรณ์สวิตช์ทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ประกอบด้วยเทคโนโลยีสามประเภท: การไม่ติดตั้งตัวระบายความร้อน การติดตั้งตัวระบายความร้อน และการระบายความร้อนด้วยของเหลว

1. ไม่มีการติดตั้งฮีทซิงค์ โดยปกติจะใช้สำหรับการระบายความร้อนของอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ และการออกแบบจากสามด้านต่อไปนี้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อนโดยไม่ต้องติดตั้งหม้อน้ำ:
วิธีแรกคือการกระจายความร้อนแบบการนำความร้อน ซึ่งสามารถใช้วัสดุที่มีค่าการนำความร้อนสูงเพื่อผลิตส่วนประกอบการถ่ายเทความร้อน หรือลดความต้านทานความร้อนจากการสัมผัส และทำให้เส้นทางความร้อนสั้นลงให้มากที่สุด
ประเภทที่สองคือการกระจายความร้อนแบบพาความร้อน ซึ่งประกอบด้วยสองวิธี: การกระจายความร้อนแบบพาความร้อนตามธรรมชาติ และการกระจายความร้อนแบบบังคับ การกระจายความร้อนจากการพาความร้อนตามธรรมชาติควรคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้: ต้องเหลือพื้นที่เพิ่มเติมเมื่อออกแบบแผงวงจรพิมพ์และส่วนประกอบ เมื่อจัดเรียงส่วนประกอบ ควรให้ความสนใจกับการกระจายสนามอุณหภูมิที่เหมาะสม เพิ่มพื้นที่สัมผัสด้วยสื่อพาความร้อน
วิธีที่สามคือการใช้คุณลักษณะการแผ่รังสีความร้อน ซึ่งสามารถทำได้โดยการเพิ่มความหยาบผิวขององค์ประกอบความร้อน เพิ่มความแตกต่างของอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมรอบๆ องค์ประกอบที่แผ่รังสี หรือเพิ่มพื้นที่ผิวขององค์ประกอบที่แผ่รังสี
การออกแบบนี้ซึ่งไม่ต้องใช้แผ่นระบายความร้อนเพิ่มเติม โดยทั่วไปแล้วจะนำความร้อนของชิปไปที่เปลือกด้านนอกของผลิตภัณฑ์ เพิ่มพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน และมีบทบาทในการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว ในขณะเดียวกันก็มีการเปิดรูระบายอากาศบนตัวเครื่องหรือเพิ่มพัดลมระบบเพื่อเพิ่มการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างด้านในและด้านนอกของตัวเครื่อง

2. การเพิ่มฮีทซิงค์ระบายความร้อนด้วยอากาศ:

ด้วยการเพิ่มฮีทซิงค์ระบายความร้อนด้วยอากาศ เราสามารถทำให้อุปกรณ์เย็นลงได้อย่างง่ายดายโดยการทำความเย็นแบบแอคทีฟหรือการระบายความร้อนด้วยอากาศ แต่เรายังต้องคำนึงถึงประเด็นด้านล่าง:

1. การเลือกฮีทซิงค์ หลักการเลือกฮีทซิงค์คือการเลือกฮีทซิงค์ที่มีปริมาตรน้อยและน้ำหนักเบาให้มากที่สุดโดยคำนึงถึงการกระจายความร้อนที่เพียงพอ เพื่อประหยัดพื้นที่ภายในและลดน้ำหนักรวมของอะแดปเตอร์จ่ายไฟ

2. การติดตั้งฮีทซิงค์ เมื่อติดตั้งฮีทซิงค์ จะต้องเลือกวิธีการติดตั้งที่มีการกระจายความร้อนเล็กน้อยและต้านทานความร้อนให้มากที่สุด

3. ลดความต้านทานความร้อนของอินเทอร์เฟซให้เหลือน้อยที่สุด พื้นผิวของฮีทซิงค์จะต้องเรียบและเรียบ ทาด้วยจาระบีซิลิโคนหรือปะเก็นนำความร้อน เพื่อลดความต้านทานความร้อนที่สัมผัสระหว่างหม้อน้ำและเซมิคอนดักเตอร์กำลัง

3. การออกแบบพัดลมระบายความร้อน:

พัดลมของสวิตช์เชิงพาณิชย์ทั่วไปจะทำงานด้วยความเร็วสูงสุด (SPD) เสมอ ซึ่งไม่เพียงทำให้สิ้นเปลืองพลังงานและเพิ่มเสียงรบกวนโดยรวม แต่ยังเพิ่มการผลิตพลังงานโดยไม่จำเป็นและการสะสมฝุ่นภายในแชสซีอีกด้วย ที่สำคัญอายุการใช้งานพัดลมที่ความเร็วเต็มที่คือประมาณ 20,000 ชั่วโมง ซึ่งก็คือ 2.28 ปี (ตามข้อมูลจาก SANYOFANDATASHEET) หลังจากผ่านไป 20,000 ชั่วโมง ความเร็วพัดลมจะค่อยๆ ลดลง ส่งผลให้เครื่องทั้งหมดไม่มั่นคง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขาดหน่วยติดตาม อันตรายที่ซ่อนอยู่นี้จึงตรวจพบได้ยาก ตัวอย่างเช่น เมื่ออัตราการสูญเสียแพ็กเก็ตของสวิตช์อุตสาหกรรมค่อยๆ เพิ่มขึ้น ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะตรวจพบว่าเกิดจากการเสื่อมสภาพของพัดลม ความเร็วที่ลดลง และการสะสมของฝุ่นหนาเกินไป ซึ่งทำให้อุณหภูมิของปุ่มลดลง ส่วนประกอบภายในแชสซีจะสูงขึ้น

ในระยะแรกของการออกแบบสวิตช์ เราควรพิจารณาสภาพแวดล้อมการทำงานของอุปกรณ์และอุณหภูมิการทำงานสูงสุดของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดให้ครบถ้วน เพื่อกำหนดอุณหภูมิในการทำงานของชิปทำความร้อน จากนั้น เมื่อออกแบบโครงสร้างของมาเธอร์บอร์ดและเชลล์ เราควรพิจารณาการออกแบบฮีทซิงค์เพื่อประสานการออกแบบการระบายความร้อนและโครงสร้างด้วยรูปแบบการจับคู่ที่ดีที่สุด และตรงตามข้อกำหนดต่างๆ ในการใช้งานอุปกรณ์