新式冷却法

2011-11-02 13:33:56来源: 互联网 关键字:冷却法
电子工程界在有效利用能源领域扮演着至关重要的角色,为能源的开采、运输、消耗和控制提供先进科技,造福大众。随着社会愈发重视节能,电子工程界更起着越来越重要的作用。在半导体领域,各大制造商正积极开发超低功耗流程,提升工作效率,但物理法则规定了实施作业必然会导致晶体管接点温度升高。即使是在超低功耗流程中,热量也会渐渐累积,如果不加以散热处理,晶体管就会烧毁。随着晶体管密度和工作频率持续加大,采用集成装置(也包括使用低功耗流程的装置)的工程师仍然需要考虑以上问题,采取行之有效的措施进行散热。在装置体积越来越小的今天,由于电源装置在流程开发期间无法得到有效改善,同时又必须以更高效率供应电源,以上问题就更显突出。

  由于排热行为本身就需要耗能,制造商纷纷转换观念,采取一种“见好就收”的设计理念,允许由具体需求来决定冷却水平。传统上,交流风扇(AC fan)只有开关两种状态。系统处于开的状态时,风扇一般也会启动,全速运转。现在则出现了很多设计复杂的AC风扇,采用不同级别的精密控制系统按具体情况调整作业。这不仅提高了风扇的可靠性、延长了风扇的寿命,还能够大幅节能,降低系统整体噪音。

  风扇控制

  新产品开发中关键的第一步就是开发电子整流(EC)风扇。由于该技术比异步电动机在性能上有了大幅提高,已经迅速成为主流技术。EC技术尤其能够解决磁感应造成的损耗问题,并能更有效控制风扇作业。

  该技术通常采用无刷直流(BLDC)电机形式,尽管控制BLDC电机比异步电动机需要安装更多电路,但半导体技术已经发展到能够将这额外电路集成至电机壳内的先进程度。由此便产生了一系列功率更大的紧凑型EC风扇,其中一个典型的例子就是ebm-papst近日问世的ACMaxx系列。

  该系列风扇由普通AC电源供电,由板上控制器负责调整AC电源,操控无刷DC风扇作业。更高的电源效率和“新换旧”的外形规格意味着可以既不用多做调整也不用提高输入功率就可以增加输出功率。

  添加内部或外部NTC(负温度系数)热敏电阻能够实现按具体需求调整的速度控制,由风扇控制电路来操纵风扇运转。通过这种方法,我们可以控制作业的速度和持续时间,比如只有在需要时才开启风扇,不需要冷却时可以关闭。通过引入NTC感应器来监测温度,当风扇启动后仅仅以保持足够冷却程度的速度进行运转,就可以降低整体功耗。

  EC风扇比AC风扇能够节省约30%的能耗,使用控制器后这个数字还可以进一步提高。但控制器的使用不仅限制在集成电路中,也可以作为外部控制器与标准EC风扇共同作业。ebm-papst的EC矩阵温度控制器(Matrix Temperature Controller)便由风扇电源直接供电,一般情况下只需要低于10mW功率。此外还采用NTC热敏电阻来监测温度,控制风扇运转。除ACMaxx之外,RS现在还推出了EC矩阵温度控制器的两个变体。温度控制器事先设置温度范围,当测量到的温度处于或低于最低值时,将风扇输出降低到15%,当处于或高于最高值时,将输出提升至100%。此外该产品还采用了自动保险技术,能够检测NTC的开路或短路情况。

  类似的例子也包括Pfannenberg的恒温器和恒湿器系列,能够利用温度和相对湿度来调整风扇运转。通过添加相对湿度感应器,风扇能够将所处的环境保持在露点之上,借此提高对元件的控制,并延长敏感电子器件的使用寿命。

  风扇设计

  随着风扇控制器愈发精密,风扇本身的设计也正改头换面。制造商采用更加谨慎的设计理念,开发效率更高的风扇和叶片设计,进而提高众多应用领域的效率。比如emb-papst推出的后向曲叶式风扇就采用了离心技术,将空气卷入风扇中心并侧向分布。该技术能够产生更强气流,尤其是在高背压状态更加明显的环境下更加有效,是DC轴流风扇系列的有益补充。不过,虽然该技术比传统风扇设计更加先进,在过去却因为安装复杂产生了一些问题。ebm-papst的“即插即用”EC卡式风扇系列就因其设计的精确性而克服了这个困难。叶轮眼中精确安置了一个入口环,能够将气流最强化。此外,精确安置的支臂能够预防过桨频率产生的噪音,隔振支座也可以防止系统产生共振。

对过滤器的需求

  用强制风来冷却敏感电子装置的过程必然需要使用过滤器。在有些应用中,过滤器很容易就会受环境影响而堵塞,发生故障。这种情况下,风扇的冷却能力受到限制,可能会很快出现故障,不得不定期服务维修。为了解决这个潜在风险,Pfannenberg在多类风扇产品中都安装了警报装置,此外还于近期推出了第四代“filterfan”(过滤风扇),所采用的技术与上几代产品相比能够将IP55装置中的气流量增加100%。此外,采用专利技术的四角固定设计后,无需用工具就可以接触过滤器,过滤器的清洁工作也更加容易。一家对技术要求非常严格的锯木厂使用该产品后,宣布在有些案例中定期维修服务可以推迟至3周一次,同时风扇的使用寿命也成比例延长。该产品系列其他先进性能还包括能够使安装更加容易的变向电气连接、气流变向、专利通风疏格设计以及专利滤垫技术等。

  尽管电子装置不断发展,纷纷采取低能耗技术,但对新式冷却解决方案的需求却始终无法避免。强制气流冷却方法虽然有很多好处,但经常无法实现最大效率。随着RS推出领先制造商最新开发的科技产品,这个问题也会逐步得到缓解,能够在各个层面上提高系统设计的效率。

关键字:冷却法

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1102/article_12804.html
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