Оглавление:
Управление температурой в корпусах электронных устройств — важный элемент обеспечения оптимальных условий работы электроники. Чрезмерная температура может привести к перегреву компонентов, что приведет к отказу и сокращению срока службы прибора. К счастью, есть множество стратегий управления температурой в электронных корпусах.
Электромеханическая и электронная миниатюризация приводит к увеличению плотности компонентов внутри. Корпуса, будучи компактными, также должны обеспечивать защиту от загрязнения и случайного прикосновения к токоведущим частям. Если на печатной плате используются высокопроизводительные процессоры или другие силовые компоненты, рассеивающие большое количество тепла, чип может заметно перегреваться.
Вентиляционные отверстия и радиатор
Один из вариантов отвода тепла использует физическое направление воздушного потока. Корпус оборудован вентиляционными отверстиями, благодаря которым через него может проходить охлаждающий воздух. Образующиеся тепловые потери отводятся «вверх». Компоненты, подверженные тепловым нагрузкам, должны быть установлены рядом с нижними вентиляционными отверстиями, чтобы вокруг них циркулировал «свежий воздух». В то же время, эти горячие точки не должны влиять на другие чувствительные к температуре компоненты. Ширина вентиляционных щелей играет также ключевую роль. Если они меньше 2 мм, то станут неэффективны, а выше 3 мм снижают требуемую защиту от прикосновения. Боковые элементы с любым количеством вентиляционных отверстий могут быть размещены по бокам корпуса по мере необходимости.
Чтобы улучшить циркуляцию охлаждающего воздуха и предотвратить повышение температуры, может оказаться выгодным выбрать более широкий корпус. Циркуляция также может поддерживаться активными элементами, такими как вентиляторы. Они вызывают быстрое увеличение скорости движения воздуха в корпусе, что позволяет рассеивать гораздо больше тепла. Недостатком вентилятора является риск его выхода из строя, шум и потребление энергии. Охлаждающий воздух также позволяет значительному количеству пыли попасть в корпус, поэтому многие производители устройств неохотно включают движущиеся компоненты в свою продукцию. Модули Пельтье являются возможным решением, но из-за их энергопотребления и достижимой охлаждающей способности они полезны лишь в ограниченной степени.
Если нормальной конвекции воздуха, проходящего через корпус, недостаточно для охлаждения, альтернативой будут обычные радиаторы из теплопроводных металлов, таких как медь или алюминий. Ребра часто добавляют к полым радиаторам, чтобы значительно увеличить площадь поверхности.
ICS — система промышленных корпусов
Благодаря пассивным радиаторам, разработанным для корпусов семейства ICS, готовые устройства можно использовать в высокотемпературных приборах. Выполняя тепловое моделирование поддерживается оптимизация компоновки печатных плат.Все эти факторы были учтены при разработке концепции управления температурным режимом для корпусов ICS, которые доступны шириной 20, 25 и 50 мм. Корпусная система оснащена инновационной технологией направляющих печатных плат, благодаря которой после установки необходимых разъемов, платы легко вставляются в открытую нижнюю часть корпуса и фиксируются на месте. Охватываемые технологии подключения включают штекерные разъемы, разъемы RJ45 и USB для Industry 4.0, а также разъемы D-sub и антенные разъемы.
Система крепления позволяет легко интегрировать радиатор. Радиаторы, максимальная ширина которых равна ширине корпуса, могут размещаться непосредственно на печатной плате и подключаться к охлаждаемому элементу. Затем печатная плата с прикрепленным радиатором вставляется в корпус целиком.
Положение радиатора можно изменить для подключения электронных компонентов высотой до 15 мм. Зазор между печатной платой и основанием радиатора составляет от 0 до 11 мм в зависимости от необходимого пространства. Радиатор проектируется и изготавливается на заказ для данной электронной схемы. Эта особая конструкция обеспечивает оптимальный отвод тепла от устройства и, следовательно, более длительный срок службы электронных компонентов.
При температуре источника тепла 85°C на печатной плате с алюминиевым радиатором максимальная мощность 28 Вт рассеивается при температуре окружающей среды 20°C. При 40°C это 15 Вт, а при 60°C около 6 Вт. Для хорошего отвода тепла горячая точка должна находиться как можно ближе к центру радиатора.
Тепловое моделирование
Рекомендуется использовать программное обеспечение для моделирования теплового поведения корпуса и анализа конструкции планируемой аппаратной конфигурации. Моделирование позволяет разработчикам избегать размещения компонентов в местах с критическим нагревом и предусматривать соответствующие меры по рассеиванию тепла в системах и устройствах.
Информация в технических паспортах пустых корпусов указывает, может ли корпус для электроники обеспечить ожидаемое рассеивание мощности. Если, основываясь на этой информации, оценки и компоновка не подходят, проектировщики могут создать свою установку, используя требуемую технологию межсоединений в онлайн-конфигураторе, который по завершении генерирует спецификацию, 3D-данные и посадочное место печатной платы. Инструмент моделирования определяет положение, ориентацию и температуру следующего устройства в шкафу управления. Затем отдельные горячие точки размещаются на печатной плате путем перетаскивания вместе со спецификацией максимального повышения температуры, ожидаемого в этих точках.
Повышенная удельная мощность в электронике означает, что многие корпуса требуют использования средств отвода тепла. Благодаря новым инструментам моделирования проектировщики могут создавать тепловой профиль своих электронных конструкций и на основе результатов моделирования анализировать риск отказа или планировать возможные изменения в разработанном решении.
