Introduzione
Nel mondo in cui viviamo oggi, in cui il tempo è prezioso e le persone lavorano sempre in movimento, i gadget elettronici sono diventati una necessità. I dispositivi informatici e persino i mezzi di trasporto, come le automobili e i centri dati, si basano su vari dispositivi elettronici per migliorare la produttività. Poiché questi componenti elettronici diventano sempre più potenti e più piccoli, producono anche molto calore che, se non viene controllato correttamente, porta a una riduzione delle prestazioni e a potenziali danni ai dispositivi. È qui che entra in gioco la gestione termica.
La gestione termica si riferisce all'approccio utilizzato per regolare il calore generato all'interno di un involucro, al fine di ottenere prestazioni accettabili ed evitare danni durante il funzionamento. Comprende una combinazione di misure e tecnologie che servono ad allontanare il calore dai componenti critici, consentendo loro di operare al di sotto della temperatura nominale o massima specificata. In questo articolo, ci scalderemo e ci concentreremo sugli aspetti strutturali della gestione termica, sulla sua importanza nei moderni gadget e sui diversi modi per implementarla.
Capire la gestione termica
Nella maggior parte dei sistemi elettronici moderni, la gestione termica è considerata come una varietà di tattiche e tecnologie volte a regolare la temperatura delle parti elettroniche e dei processi e sistemi meccanici. È necessario ideare, esaminare e realizzare soluzioni in grado di contenere l'assorbimento di calore, in modo che i sistemi possano rimanere all'interno dell'intervallo di temperatura ottimale in cui è possibile svolgere le attività necessarie. In ogni caso, senza un'adeguata attenzione a questi fattori, le prestazioni, l'affidabilità e la vita operativa dei dispositivi elettronici si deteriorano.
Conseguenze di una cattiva gestione termica sulle prestazioni del dispositivo
Un cattivo controllo termico può avere gravi conseguenze in termini di prestazioni e, di conseguenza, di durata del dispositivo in questione. Quando i componenti elettronici generano calore in eccesso, possono verificarsi diversi problemi:
Degrado delle prestazioni: Il funzionamento prolungato a temperature elevate induce i dispositivi e i componenti ad applicare meccanismi di auto-accelerazione per proteggersi dalle sollecitazioni e dai malfunzionamenti che comportano velocità più basse e attività inferiori.
Minore affidabilità: La temperatura interna del dispositivo accelera il decadimento delle sue parti, aumentando il rischio di guasti e riducendo la durata del dispositivo.
Eventi catastrofici: In casi molto gravi, i dispositivi possono essere danneggiati a tal punto da risultare fisicamente pericolosi, con il rischio di ustioni da fuoco o altri pericoli legati al calore estremo.
Un rapporto pubblicato dal National Renewable Energy Laboratory NREL rivela che i componenti elettronici si degradano approssimativamente fino al 50% quando il calore supera i 10 °C.
La crescente importanza della gestione termica
Poiché si tratta dell'aspetto più critico dei dispositivi elettronici, la gestione termica è un aspetto integrante di tutti i dispositivi elettronici personali, che diventano sempre più mobili e potenti e quindi più avvincenti. Sono diverse le ragioni che alimentano questa tendenza:
Aumento della densità di potenza: Man mano che i componenti elettronici diventano più piccoli e più potenti, generano più calore in uno spazio ridotto, rendendo più difficile una gestione efficiente del calore.
Miniaturizzazione: La tendenza alla miniaturizzazione fa sì che i componenti siano sempre più compressi, il che rende le temperature elevate e la gestione termica ancora più difficile.
Applicazioni ad alte prestazioni: Le nuove tecnologie basate sul 5G, l'intelligenza artificiale, la realtà virtuale e simili, sono tutte elettroniche di fascia alta che producono molto calore e richiedono sistemi di gestione termica efficienti.
Scegliendo il giusto tipo di prodotti e tecnologie di gestione termica e il corretto utilizzo del sistema, è possibile controllare la temperatura del sistema in modo confortevole, sicuro ed efficiente.
Fondamenti del trasferimento di calore
Per controllare efficacemente la temperatura dei dispositivi elettronici, è importante comprendere l'importanza di un efficiente trasferimento di calore. Il trasferimento di calore avviene in tre modi: conduzione, convezione e irraggiamento.
Conduzione: Le basi e l'importanza
La conduzione è il trasferimento di calore attraverso il contatto fisico diretto tra due oggetti. Nei prodotti elettronici, la conduzione è evidente quando gli elementi che producono calore lo trasferiscono alla struttura che li circonda, come il circuito stampato o il corpo del dispositivo. La velocità con cui avviene la conduzione è funzione della conducibilità termica dei materiali utilizzati; materiali come il rame e l'alluminio sono buoni trasmettitori di calore.
Anche il metodo di trasferimento del calore, ovvero la conduzione liquida o gassosa, svolge un ruolo importante nella gestione termica, in modo tale che il calore acquisito dalla fonte di calore venga opportunamente convogliato nelle parti del dispositivo o in un altro modello di dissipatore di calore. In questo modo si ottimizza anche l'uso di materiali a conducibilità termica e si identificano progetti di conduzione adeguati, in modo che il calore tipico delle parti centrali venga evacuato nel minor tempo possibile.
Convezione: Come funziona nella gestione termica
La convezione è definita come il movimento di calore attraverso la circolazione di fluidi o gas. Nel caso dell'elettronica, la convezione si verifica quando l'aria o il liquido che circonda le parti calde di un dispositivo elettronico cerca di assorbire il calore da queste parti. È importante notare che esistono due tipi di convezione: la convezione naturale e la convezione forzata.
La convezione naturale sfrutta il vento ambientale causato da uno squilibrio termico per cui l'aria più calda sale e quella più fredda scende. Questo tipo di convezione si trova soprattutto nei sistemi con raffreddamento passivo, come i dissipatori di calore con componenti sul percorso esterno dell'aria che consentono il movimento dell'aria intorno alle alette.
La convezione forzata impiega apparecchiature meccaniche ausiliarie, come ventole o pompe, per soffiare - o comunque spingere - aria o altro liquido refrigerante attraverso le parti e i componenti caldi. Questa modalità di trasferimento del calore è più efficiente della convezione naturale ed è la situazione normale in un sistema di raffreddamento attivo che comprende dissipatori di calore raffreddati a ventola e sistemi di raffreddamento a liquido.
Radiazioni: Comprendere il suo ruolo nella dissipazione del calore
Anche in questo caso, la radiazione è un metodo di trasferimento del calore sotto forma di energia, come risultato delle onde elettromagnetiche, in cui non è necessario alcun contatto e alcun mezzo per favorire il movimento dell'energia termica. Nel tentativo di rimuovere il calore dai dispositivi elettronici, gli ingegneri considerano la radiazione un metodo di raffreddamento meno efficace rispetto alla conduzione e alla convezione. Tuttavia, può ancora contribuire alla gestione termica complessiva di un dispositivo.
Questa modalità di trasferimento del calore avviene quando le superfici ad alta temperatura dei componenti del dispositivo irradiano onde elettromagnetiche che vengono catturate dai componenti a bassa temperatura del dispositivo o dallo spazio circostante. In queste situazioni, il calore irradiato dal dispositivo si ottiene utilizzando diverse variabili, tra cui la differenza di temperatura tra la superficie radiante e quella ricevente, l'emissività delle superfici e l'area destinata all'irraggiamento.
A prescindere dal fatto che l'irraggiamento non è solitamente al centro di alcuna strategia di controllo termico, i suoi effetti devono essere tenuti in debito conto nel controllo termico dei dispositivi elettronici. Impiegando materiali ad alta emissività e fornendo una superficie adeguata per l'irraggiamento, gli ingegneri dei dispositivi possono renderlo ottimale in modo da migliorare la dissipazione del calore del dispositivo.
Gestione termica: Tecniche di raffreddamento attivo
I metodi di raffreddamento attivo implicano l'imposizione di fonti di energia esterne nei processi di eliminazione termica dei gadget elettronici. Vengono adottati quando le tecniche di raffreddamento passivo non sono sufficienti a gestire l'energia termica e i parametri di controllo della temperatura.
Ventilatori e soffianti
Anche i ventilatori e le soffianti di tipo industriale sono componenti attivi di base che favoriscono il movimento dell'aria e la convezione del calore all'interno dei dispositivi. Funzionano aspirando l'aria fredda presente nell'ambiente circostante e soffiandola sui componenti che producono calore o sui dissipatori, trasferendo così il calore all'aria circostante.
Le ventole sono incorporate principalmente in dispositivi elettronici di piccole e medie dimensioni, ad esempio desktop o laptop, o in armadietti. Sono economiche, semplici da usare e da montare e sono in grado di fornire temperature sufficienti per la maggior parte delle situazioni normali. Al contrario, le ventole possono essere rumorose e, a causa dei dischi, si rivelano piuttosto difficili per i dispositivi che richiedono un funzionamento praticamente silenzioso con testate ad alta dissipazione.
Soffiatori - più robusti rispetto ai ventilatori, sono più efficienti nel muovere l'aria a volumi e pressioni più elevati. Queste macchine si trovano comunemente in applicazioni ad alta intensità di risorse, come i supercomputer o le macchine industriali che generano molto calore. Le soffianti tendono a raffreddare meglio delle ventole, ma costano di più e probabilmente consumano più energia.
In termini di selezione di ventilatori o soffianti per una particolare applicazione, gli ingegneri devono considerare la portata d'aria, la pressione statica, il rumore e il consumo di tensione. Inoltre, la posizione e l'allineamento dei ventilatori o delle soffianti devono essere corretti per facilitare il movimento uniforme dell'aria e la rimozione del calore.
Raffreddamento a liquido
Il raffreddamento a liquido è una tecnica di rimozione del calore in cui il raffreddamento attivo viene effettuato mediante la circolazione di un liquido, solitamente acqua o un fluido termico speciale, attraverso i chip elettronici per sottrarre il calore. A differenza del raffreddamento ad aria, questo tipo di raffreddamento è più efficiente e più facile da controllare quando si utilizza il liquido, che ha una grande capacità termica e una maggiore conduzione del calore rispetto all'aria.
I sistemi di raffreddamento a liquido possono essere classificati in due tipi:
Sistemi chiusi: Questo tipo di sistema di raffreddamento a liquido consiste in un circuito pre-riempito e completamente sigillato contenente liquido refrigerante. Il liquido refrigerante viene fatto circolare attraverso diversi tubi a diretto contatto con le fonti di calore e porta il calore a un radiatore o a uno scambiatore di calore. I sistemi chiusi sono noti per la facilità di installazione e l'economicità, ma possono essere costosi rispetto ad altri metodi di raffreddamento.
Sistemi aperti: Questo tipo di sistema impiega hardware esterno come un serbatoio, una pompa e tubi per facilitare il flusso di liquido all'interno del dispositivo elettronico. Il liquido di raffreddamento viene espulso all'interno dei componenti e viene pompato nuovamente nel serbatoio, dove il liquido caldo viene raffreddato e poi ricircolato. In generale, i sistemi a circuito aperto sono più vantaggiosi, ma sono più complicati e delicati.
Durante la progettazione di un sistema di raffreddamento a liquido per una particolare applicazione, gli ingegneri devono tenere conto di una serie di parametri, ad esempio la quantità di calore generata da ciascun componente, le proprietà termiche del refrigerante, il flusso e la pressione del sistema e la quantità di integrazione del sistema nel suo complesso. Inoltre, le procedure di manutenzione, come la sostituzione del refrigerante secondo un determinato calendario e l'individuazione e la riparazione delle perdite, sono fondamentali per ottenere l'affidabilità e l'efficacia previste della soluzione di raffreddamento a liquido.
Tecniche di raffreddamento passivo
Le tecniche di raffreddamento passivo comprendono l'uso di vari meccanismi naturali di trasferimento del calore, tra cui la convezione e l'irraggiamento, per rimuovere il calore dai componenti elettronici. Queste tecniche non comportano l'utilizzo di energia esterna e vengono solitamente impiegate insieme ad altre tecniche di raffreddamento attivo per ottenere migliori prestazioni termiche.
Dissipatori di calore
I dissipatori di calore sono chiamati anche dissipatori termici e vengono utilizzati nelle unità elettroniche per gestire correttamente il calore eccessivo. Poiché hanno un'elevata efficienza, questi materiali includono alluminio e rame e sono dotati di un'ampia area e superficie con alette o pin per migliorare il trasferimento di calore attraverso la convezione.
Nel caso in cui siano presenti ulteriori soluzioni di raffreddamento attivo tramite ventole o soffianti, i dissipatori di calore sono efficaci nel migliorare il livello di raffreddamento all'interno di un sistema. Il riscaldatore/ventilatore/soffiatore spruzza aria fredda sulla superficie esterna del dissipatore di calore allo scopo di migliorare la convezione e quindi i dissipatori di calore sono in grado di espellere più calore. Questa combinazione garantisce un controllo della temperatura superiore quando si tratta di dispositivi di fascia alta e ad alta potenza.
La scelta del dissipatore di calore corretto dipende da fattori quali il livello di calore rilasciato dal componente, lo spazio a disposizione nel dispositivo e l'entità del raffreddamento delle prestazioni richiesto.
Per raffreddare efficacemente i diversi dispositivi elettronici, i dissipatori di calore sono progettati in diverse forme e dimensioni. Alcuni tipi comuni sono:
Dissipatori di calore estrusi: Appartengono alla categoria che viene fabbricata attraverso il processo di estrusione e presentano quindi strutture ad alette semplici. Sono efficienti nei costi di produzione e applicabili in molti campi.
Dissipatori di calore ad alette incollate: Questi dissipatori di calore comprendono alette fissate a una base che consentono di realizzare progetti più complessi e un raffreddamento più efficiente.
Dissipatori di calore ad alette piegate: Sono costituiti da sottili fogli d'acciaio incorporati in gruppi come le alette e sono leggeri, in modo da fornire dispositivi di trasferimento del calore efficienti e a basso costo.
Materiali di interfaccia termica (TIM)
L'utilizzo di materiali per l'interfaccia termica (TIM) è una soluzione passiva di fondamentale importanza per migliorare l'interconnessione termica tra il dispositivo elettronico e il dissipatore di calore. I TIM sono utilizzati per riempire i piccoli vuoti d'aria e le asperità della superficie, che ostacolano il trasferimento di calore per conduzione.
I TIM possono essere trovati in diverse varietà, tra cui:
Grassi o paste termiche: Si tratta di materiali viscosi e moderatamente spessi che possono essere distribuiti uniformemente sulle interfacce e sono avvolti tra il componente e il dissipatore. Offrono notevoli proprietà di trasmissione termica, ma sono poco compatti e disordinati.
Cuscinetti termici: Sono solidi e vengono tagliati nella vista preferita dall'utente e incollati nelle aree che si trovano ad alte temperature. Inoltre, non variano molto in termini di efficacia, ma tendono a essere più facili da applicare rispetto al grasso.
Materiali a cambiamento di fase (PCM): Si tratta per lo più di materiali a cambiamento di fase o PCM, che si sciolgono a determinate temperature e quindi si adattano alla rugosità della superficie, offrendo al contempo un trasferimento di calore apparente 100%. Tuttavia, pur essendo efficaci, questi materiali sono solitamente costosi rispetto ad altri TIM.
Nella scelta di un TIM, gli ingegneri devono tenere conto della resistenza al contorno termico e del tempo necessario per l'applicazione del materiale, nonché delle proprietà del materiale stesso nel tempo. L'applicazione della giusta quantità è molto importante per evitare la possibilità di un eccessivo isolamento termico o la presenza di vuoti nel materiale, poiché questi fattori possono influire negativamente sulla regolazione della temperatura.
Sfide nella gestione termica
Gestione del calore nei dispositivi ad alta potenza
I dispositivi elettronici ad alta potenza, ad esempio i server dei centri dati e l'elettronica di potenza dei veicoli a propulsione elettrica o dei sistemi aerospaziali avanzati, eseguono elaborazioni incredibilmente grandi e hanno una densità di potenza molto elevata, e quindi producono molto calore. È quindi importante controllare il calore generato dai sistemi per ottenere una maggiore efficienza, in modo che possano funzionare in modo ottimale, affidabile e sicuro.
La gestione del calore dei dispositivi ad alta potenza è ostacolata dai limiti di spazio posti dalle soluzioni di raffreddamento. Poiché i dispositivi si restringono e diventano sempre più compatti, c'è poco spazio per i normali dispositivi di raffreddamento, come dissipatori di calore o ventole di grandi dimensioni. È aumentata la richiesta di modi più fantasiosi e poco ingombranti per raffreddare il dispositivo o piuttosto per dissipare il calore, come sistemi di raffreddamento a liquido specializzati o nuovi materiali più conduttivi dal punto di vista termico rispetto ai materiali ordinari disponibili.
L'altra area di preoccupazione riguarda la dissipazione non uniforme del calore all'interno dei dispositivi ad alta potenza. Alcune parti, come i processori e i transistor di potenza, producono molto più calore rispetto al resto, creando aree di raggruppamento calde in cui le sollecitazioni termiche si intensificano, evitando la durata dell'intero sistema. Per questo motivo, gli ingegneri meccanici dovrebbero utilizzare metodi di rimozione localizzata del calore, come il raffreddamento diretto a liquido o approcci avanzati di gestione termica, come i materiali di interfaccia termica progettati per questi componenti.
Garantire l'affidabilità in condizioni estreme
Qualsiasi tecnologia deve essere efficace in presenza di fattori quali temperatura elevata, umidità o vibrazioni. Tali condizioni possono aumentare ulteriormente il carico del sistema di gestione termica, compromettendo l'affidabilità del dispositivo. Vale la pena ricordare che i vantaggi dell'imballaggio elettronico includono, tra gli altri aspetti, la bagnatura calda dell'elettrolita. Ciò rappresenta una sfida per l'integrazione, che impone limiti in termini di dimensioni e peso, soprattutto nelle applicazioni automobilistiche.
Un esempio particolare di ambiente termico estremo è il vano motore e la sua interdipendenza con i fattori idraulici. In settori come l'aerospaziale e la difesa, l'incorporazione dell'elettronica è utile a livello di AT, ma le condizioni di lavoro sono drammatiche. L'obiettivo è evitare di progettare in modo eccessivo o insufficiente i sistemi di gestione termica dei componenti, in modo che siano sufficientemente resistenti e robusti da sopportare il carico supplementare. Questo può anche includere l'uso di design, plastiche e leghe speciali anche se la temperatura da contenere è relativamente alta. Il primo, naturalmente, è una sorta di scarico di espansione per i sistemi a caldo o di scarico di velocità.
Un ulteriore mezzo per garantire l'affidabilità in condizioni estreme è l'esecuzione di test e convalide approfondite. Gli ingegneri devono assicurarsi che il sistema di gestione termica sia sottoposto a una serie di condizioni ambientali e operative per cercare eventuali punti deboli e modalità di guasto. Tuttavia, grazie a questi test severi, il sistema può essere ottimizzato nella progettazione degli ingegneri, in modo che, nella pratica e nelle condizioni di lavoro reali previste, i sistemi e i dispositivi forniti funzionino bene.
Gestione termica in applicazioni specifiche
Dispositivi elettronici e centri dati
Dispositivi elettronici e centri dati L'applicazione della gestione termica è necessaria per i dispositivi, tra cui smartphone, laptop e computer desktop, per mantenere il comfort e i vantaggi per gli utenti. Di solito si utilizzano metodi di raffreddamento passivi e attivi, come dissipatori di calore e ventole con materiali di interfaccia termica, per rimuovere il calore accumulato all'interno dei componenti.
La miniaturizzazione e il movimento verso una maggiore densità di potenza sono tra i problemi più significativi nella gestione termica dei dispositivi elettronici. Se le tendenze della miniaturizzazione hanno funzionato per molti ingegneri, quelle più calde, cioè la tendenza a realizzare dispositivi compatti e potenti, hanno i loro svantaggi. Per risolvere questo tipo di problema, gli specialisti stanno lavorando alla creazione di materiali senza fiamma con un'elevata conduttività termica, ad esempio grafene di scansione o nanotubi di carbonio, che dissipino efficacemente i componenti. Inoltre, si stanno sviluppando nuovi metodi di raffreddamento, come il raffreddamento a camera di vapore o le ventole, per migliorare l'efficienza e ridurre lo spazio complessivo richiesto per queste soluzioni.
Oggi i data center utilizzano una serie di tecniche per gestire il calore generato dai sistemi informatici, tra cui i sistemi di raffreddamento a liquido e ad aria sono i più comuni. Ad esempio, uno dei layout prevalenti nei data center è il corridoio caldo/freddo, in cui i rack di server sono configurati in modo da avere file di corridoi caldi e corridoi freddi. L'aria fredda viene soffiata nel lato anteriore del server e l'aria calda viene espulsa dal lato posteriore, creando così un canale efficiente e riducendo la quantità di aria calda e fredda che si mescola.
Sistemi automobilistici
Nel settore automobilistico, la gestione termica è molto importante per le prestazioni complessive, l'affidabilità e la sicurezza dei vari sistemi all'interno del veicolo. Con l'aumento della domanda di veicoli elettrici e ibridi, cresce la richiesta di gestione termica dei pacchi batteria, dell'elettronica di potenza e dei motori elettrici.
La gestione termica delle batterie rimane molto complessa nei veicoli elettrici a causa della forte dipendenza delle prestazioni e della longevità della batteria dalla temperatura di esercizio. Per questo motivo, per ottenere una temperatura desiderabile all'interno della batteria, gli ingegneri adottano diversi metodi di raffreddamento, come il raffreddamento ad aria, a liquido o l'applicazione di sostanze a cambiamento di fase. In questi sistemi di raffreddamento sono necessarie soluzioni ingegneristiche complesse per garantire una temperatura quasi uniforme in tutte le parti del pacco batteria, per evitare il fenomeno della fuga termica che comporta rischi per la sicurezza.
L'elettronica di potenza e i motori elettrici dell'industria automobilistica, compresi i veicoli elettrici, devono disporre di sistemi di gestione termica efficienti per evitare il surriscaldamento e garantire il funzionamento dei componenti. Questi componenti vengono solitamente dissipati utilizzando sofisticate tecnologie di raffreddamento a liquido, come il raffreddamento diretto del substrato o il raffreddamento a getto che consente di dissipare il calore in modo più mirato.
Aerospazio e Difesa
Le applicazioni aerospaziali e di difesa sono uniche per quanto riguarda i requisiti di gestione termica, in quanto devono affrontare diverse situazioni estreme e le prestazioni elevate sono un requisito fondamentale. Le apparecchiature elettroniche installate nei velivoli e nei veicoli spaziali, così come i dispositivi militari, devono essere in grado di funzionare ad altitudini elevate, ad alte temperature e a forti vibrazioni, senza perdere efficacia e affidabilità.
Per quanto riguarda la difesa, la gestione termica è essenziale per la funzionalità e la sopravvivenza dei sistemi elettronici nelle zone di combattimento. I sistemi militari utilizzati dalle forze armate, come i sistemi radar, le apparecchiature di comunicazione e i dispositivi elettrovisivi, devono funzionare in condizioni di temperatura, umidità e polvere molto elevate.
Uno dei problemi più significativi relativi al riscaldamento e al raffreddamento delle strutture aerospaziali è legato alle fonti di freddo o di calore che sono corpi di induzione all'interno dei componenti strutturali. Ogni chilo di peso in più che un aereo o un veicolo spaziale porta con sé comporta un costo elevato in termini di consumo di carburante e di volume del carico utile. Di conseguenza, è necessario creare nuovi concetti per i sistemi di raffreddamento, in modo da garantire un raffreddamento ad alte prestazioni, ma anche un peso e un volume ridotti dell'intero sistema.
Nel campo dei sistemi di gestione termica aerospaziale, per garantire una conducibilità termica accettabile e l'integrità strutturale alle alte temperature vengono spesso impiegati nuovi materiali, come i compositi a matrice ceramica o le leghe leggere.
ACDCFAN: Soluzioni di raffreddamento affidabili per diversi settori industriali
ACDC FAN è un popolare produttore di moderni ventilatori di piccole dimensioni e ha costruito un mercato che copre molti settori, tra cui quello dei macchinari industriali, dell'energia elettrica, del fotovoltaico, dell'accumulo di energia e delle telecomunicazioni. Grazie al massimo grado di professionalità e creatività, ACDCFAN ha creato e fornisce prodotti come ventilatori assiali AC, ventilatori radiali AC, ventilatori assiali DC, ventilatori radiali DC, ventilatori assiali EC per clienti in tutte le regioni del mondo. Pertanto, ACDCFAN ci permette di estendere la durata e la capacità di lavoro dei sistemi elettronici in molti settori dell'industria, grazie a una gestione termica affidabile ed efficace.
La gestione termica attiva di ACDC FAN si occupa di molto di più dei prodotti di raffreddamento standard. I servizi di produzione OEM, ODM e OBM dell'azienda sono a vantaggio di tutti i clienti che desiderano un raffreddamento accurato per i loro dispositivi. Le ventole di raffreddamento CC di ACDCFAN sono progettate con telai e giranti per impieghi gravosi, per lavorare in modo affidabile a temperature estreme di -40℃ o addirittura 120℃. Inoltre, le ventole di ventilazione CC soddisfano i gradi di protezione IP65 e IP68, impedendo la penetrazione di umidità, acqua e polvere anche nelle condizioni di utilizzo più sfavorevoli.
Conclusione
Oggi la gestione termica è una parte importante di qualsiasi sistema elettronico e garantisce prestazioni, affidabilità e sicurezza in diversi settori. A causa dell'aumento della potenza, della compattezza e della complessità degli imballaggi elettronici e dei sistemi da tavolo, il problema della gestione termica ha iniziato a diventare più difficile da affrontare. È necessario impiegare soluzioni di gestione termica adeguate per affrontare queste sfide, come ventole di raffreddamento efficaci o altre tecnologie di raffreddamento.
Nell'affrontare questi problemi, gli ingegneri tendono a creare tecnologie e prodotti di gestione termica sempre più evoluti, basati su nuovi materiali, nuovi sistemi di raffreddamento e design integrati. Le considerazioni ingegneristiche sono fondamentali per le prestazioni dei dispositivi miniaturizzati che abbiamo in tasca o dei centri dati che ospitano e forniscono energia al mondo digitale.
Con la crescita dell'elettronica più avanzata in futuro, l'area della gestione termica progredirà e si svilupperà ulteriormente e sarà di grande importanza nella formazione dei dispositivi e dei sistemi che alimentano il mondo. Gli ingegneri possono assicurarsi che i dispositivi elettronici funzionino in modo corretto e con la massima efficacia e sicurezza in un numero crescente di settori e condizioni sempre più difficili, comprendendo le esigenze particolari dell'applicazione e selezionando strategie di gestione termica appropriate.
Domande frequenti
Quali sono le differenze principali tra le tecniche di gestione termica attiva e passiva?
Le tecniche di gestione termica attiva, come ventole, soffianti e sistemi di raffreddamento a liquido, sono considerate metodi forzati, in quanto richiedono un apporto di energia esterna per il processo di trasferimento del calore. Questi approcci hanno un grande successo in termini di rimozione del calore e di raffreddamento locale dei componenti che producono una potenza elevata e, pertanto, sono in grado di migliorare le prestazioni del sistema in ambienti difficili. D'altra parte, questi ventilatori richiedono un'alimentazione supplementare e aggiungono complicazioni all'intera procedura di progettazione.
Gli approcci di gestione termica passiva, come i dissipatori di calore, i tubi di calore o i materiali di interfaccia termica (TIM), funzionano attraverso l'utilizzo della conduzione e della convezione senza l'aiuto di fonti esterne. Non dipendono da fonti di alimentazione aggiuntive, il che li rende semplici ed economici nella maggior parte delle circostanze. Tuttavia, i mezzi passivi possono non funzionare correttamente e non dare i risultati richiesti nelle applicazioni di circuiti ad alta potenza e sono fortemente dipendenti dall'ambiente in cui funzionano, il che può limitare le prestazioni in condizioni difficili.
| Confronto | Gestione termica attiva | Gestione termica passiva |
| Requisiti di potenza | Richiede alimentazione esterna (ad esempio, ventole, soffianti) | Non richiede alimentazione esterna (trasferimento di calore naturale) |
| Efficienza di raffreddamento | Elevato, efficace per i componenti ad alta potenza | Moderato, limitato per applicazioni ad alta potenza |
| Complessità | Più complesso, comporta componenti aggiuntivi | Più semplice, meno componenti |
| Costo | Maggiore, a causa del consumo di energia e della complessità della progettazione | Più basso, più efficiente dal punto di vista dei costi |
| Dipendenza dall'ambiente | Meno dipendente, può lavorare in ambienti difficili | Altamente dipendente dalle condizioni ambientali |
Qual è il modo migliore per evitare il surriscaldamento dei componenti elettronici in ambienti caldi?
Esistono diversi metodi che possono essere applicati sia in fase di progettazione che di funzionamento del sistema per prevenire il surriscaldamento dei componenti elettronici destinati all'uso in ambienti caldi. Tra questi vi sono:
Utilizzo di materiali per alte temperature: Utilizzare ceramiche o leghe avanzate con elevata stabilità termica e conduttività termica, in modo che i componenti siano in grado di sopravvivere alle alte temperature e di trasferire efficacemente il calore.
Fornire raffreddatori di riserva disponibili per implementare sistemi di raffreddamento ridondanti: Consentire l'incorporazione di sistemi ridondanti e fail safe all'interno della tendenza a rimuovere il calore limitato dal sistema per migliorare il raffreddamento, in caso di guasti o situazioni avverse.
Installare metodi di raffreddamento attivo: Utilizzare metodi di raffreddamento attivo, come l'uso di aria forzata o di raffreddamento a liquido, per consentire una rimozione migliore e mirata del calore in sistemi a temperature sempre più elevate.
Migliorare la configurazione del sistema: Cercare di ridurre la quantità di calore prodotto attraverso la scelta dei componenti e la loro disposizione, e quindi la disposizione dei sistemi di raffreddamento e dei percorsi dell'aria in modo da massimizzare la rimozione del calore.
Esecuzione di test approfonditi del sistema: È importante condurre un test rigoroso utilizzando ambienti caldi di simulazione per evidenziare eventuali punti deboli del sistema, al fine di migliorare la progettazione della gestione termica del sistema per un funzionamento affidabile a lungo termine.
Utilizzando questi metodi, gli ingegneri miglioreranno notevolmente le prestazioni dei sistemi elettronici e preverranno il rischio di surriscaldamento in condizioni difficili.
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