Методи охолодження для поточних джерел живлення набувають все більшої ваги завдяки меншим і меншим розмірам радіаторів і більшій щільності потужності. Джерела живлення необхідні в будь-якому застосуванні, і для гарантування його роботи та збільшення терміну експлуатації важливо правильно встановити розмір холодильного обладнання.
Тепловий менеджмент та охолодження
Всім відомо, що якщо тепло розсіюється в обмеженому просторі, температура в цьому просторі зросте, тобто температура навколишнього середовища зросте. Якщо ми маємо пристрій у корпусі з джерелом, що забезпечує навантаження, наприклад друковану плату, підвищення температури навколишнього середовища за рахунок тепла, що розсіюється джерелом, і його навантаження, в свою чергу, призведе до того, що саме джерело та його навантаження стануть більш гарячими., можливо досягнення максимальних робочих температур.
Коли це трапляється, ми виявляємо першу причину ненадійності або скороченого терміну служби електронної системи. Наприклад, термін служби електролітичних конденсаторів, про який ми говорили в попередньому дописі, сильно пов’язаний із температурою навколишнього середовища всередині обладнання. Крім того, існують інші електронні компоненти, які також знижують свою надійність у міру нагрівання. Тенденція проектувати дедалі менші джерела, а отже, і з меншими радіаторами, означає, що управління тепловою енергією повинно бути дуже чітко продуманим .
Найпростіший спосіб поліпшити охолодження - це використовувати вентилятор для відбору надлишкового тепла зсередини корпусу. Деякі фонтани призначені для вентиляторного охолодження, і в цих випадках необхідний потік повітря вказаний у вихідній документації. Важливо зазначити, що це необхідний потік повітря в самому джерелі живлення, а не в будь-якій іншій точці, навіть якщо він знаходиться на невеликій відстані. Оскільки повітря завжди йде шляхом найменшого опору, лише частина повітря, яке генерується вентилятором, буде надходити туди, де це потрібно джерелу живлення. Внутрішні перегородки у джерела допомагають направляти повітря правильним чином і охолоджувати електроніку, яка в ній потребує.
Розрахунок витрати повітря
У випадках, коли джерело охолоджується конвекцією або коли обладнання повинно працювати при більш низьких температурах, витрата повітря повинен бути розрахований, виконуючи наведені нижче дії:
По-перше, це необхідно встановити максимальну робочу температуру для електромережі або електроніки обладнання, де ви можете безпечно працювати. Для джерела типовим значенням є 50 ° C, і це може бути вказано в правилах безпеки, або воно може працювати при більш низькій температурі, щоб збільшити термін служби обладнання. Як правило, зниження на 10ºC зовнішньої капсуляції електролітичного конденсатора може збільшити його життя вдвічі.
Тоді треба враховуйте найвищу температуру, яку можна досягти в середовищі корпусу обладнання, що містить джерело, і різниця між ними є максимально допустимим підвищенням температури. Наприклад, якщо джерело здатне працювати при температурі навколишнього середовища 50 ° C, а обладнання, що містить джерело, розроблено для використання в середовищі без примусового охолодження, де максимальна температура може досягати до 40 ° C, тоді допускається збільшення максимальної температури 10ºC .
Наступним кроком є встановити кількість потужності, що розсіюється. Загальна потужність, що розсіюється в корпусі обладнання, це сума потужності, яка використовується навантаженням, плюс втрати потужності від джерела, які є втратами тепла. Наприклад, якщо навантаження становить 260 Вт і припускаючи, що джерело живлення ефективне на 80%, загальна витрачена потужність становить: 260 Вт/0,8 = 325 Вт
Звідси можна розрахувати необхідний потік повітря. Існує проста і універсальна формула для отримання потоку, необхідного для підтримання підвищення температури та для певної кількості тепла, використовуючи константу, яка дорівнює 2,6. Формула:
Потік повітря (м 3/год) = 2,6 * загальна потужність, що розсіюється (Вт)/Допустиме підвищення температури (ºC)
У нашому прикладі необхідний потік повітря становитиме 2,6 * 325 Вт/10ºC = 84,5 м 3/год
Розрахунок втрати тиску
На жаль, рішення не таке просте, як обчислення необхідного значення витрати за наведеною вище формулою та використання результату для вибору вентилятора з цими даними про витрату. Отримані дані призначені для відкритого використання, і насправді корпус комп’ютера буде мати природний опір потоку повітря, відомий як падіння або втрата тиску, що призводить до шкоди продуктивності вентилятора.
Перепад тиску буде різним для кожного застосування через різні розміри друкованих плат та їх положення в обладнанні, розміри впускних та вихідних отворів для повітря, площа поперечного перерізу, через яку хоче проходити повітряний потік тощо.
Все стає дещо складним, коли втрата тиску також залежить від швидкості руху повітря, коли він проходить через корпус, і що на цю втрату тиску, в свою чергу, впливає швидкість повітря. Швидша швидкість повітря призведе до вищого падіння тиску, але більший перепад тиску зменшить швидкість повітря. При неправильному виборі вентилятор може виявитися не корисним у застосуванні, де отримані втрати тиску та швидкість повітря пробиваються навіть нижче рівня, необхідного для відведення тепла зсередини корпусу.
Визначити втрати тиску для кожного застосування було б занадто складно, оскільки для цього потрібні будуть детальні знання рівнянь динаміки рідини, але його можна наблизити, використовуючи характерний графік, такий як наведений нижче. Це дасть початкову вихідну точку, яка може бути використана для подальшої оцінки.
Характерна крива пристрою
Якщо взяти до уваги повітряний потік, розрахований раніше, крива вказує на те, що втрати тиску становитимуть 11 Па. Тоді ми знаємо, що вентилятор r, здатний генерувати потік 84,5 м 3/год (23,47 х 10-3 м3/с ) із втратою тиску 11 Па. Кожен виробник публікує графік для кожного вентилятора із зазначенням потоку повітря при різних втратах тиску. У наведеному нижче прикладі показано графіки для п’яти вболівальників. Світла кольорова зона показує оптимальну робочу зону для кожного з вентиляторів.
Потік вентилятора при різному тиску повітря
Інші фактори
Після встановлення потоку повітря та перепаду тиску слід враховувати інші фактори. Як обговорювалося вище, для охолодження обладнання в цілому вентилятор може бути розміщений де завгодно, доки повітря протікає між компонентами, що виробляють тепло. Однак для джерела живлення, призначеного для використання з примусовою вентиляцією, кількість потоку повітря над джерелом має вирішальне значення для його належної та надійної роботи.
Якщо вентилятор неможливо встановити дуже близько до джерела або якщо весь потік повітря не може бути спрямований до джерела живлення, вибраний вентилятор повинен мати набагато більше значення. Деякі вентилятори визначають швидкість повітря в лінійних футах за хвилину (LFM). Інші мають об'ємну оцінку в кубічних футах на хвилину (CFM: кубічні фути на хвилину) або кубічних метрах на годину (м3/год). Для перетворення між двома блоками потрібно знати площу перерізу вентилятора.
З іншого боку, комп’ютери з вентиляторами часто мають фільтри для пилу, щоб запобігти їх попаданню в комп’ютер. Фільтр додасть опору потоку повітря, що сприяє втраті тиску, і його слід враховувати. Але найголовніше, оскільки фільтр засмічується брудом, втрата тиску може зростати, і дійсний вентилятор може спочатку стати непридатним після періоду використання. З цієї причини пилові фільтри слід періодично чистити або замінювати.
Додавання вентилятора до комп’ютера також додасть звуковий шум. Деякі програми не переносять шуму, наприклад, у деяких лікарняних програмах, на студіях звукозапису тощо. Навіть у програмах, які слід встановлювати у вже галасливих умовах, ви хочете мінімізувати звуковий шум. Це можна зробити різними методами.
Спочатку, використання вентилятора з більш якісними підшипниками. Вентилятори кульових підшипників, як правило, тихіші, ніж вентилятори з підшипниковими втулками, і мають перевагу довшого терміну служби. Звичайно, є вентилятори, які використовують масло, просочене всередині підшипників втулки, щоб мінімізувати шум.
Крім того, для заданого обсягу повітря, більший вентилятор, як правило, тихіший, ніж менший, через низьку швидкість, необхідну для більших лопатей. Також слід враховувати будь-який шум, який генеруються цими лопатями вентилятора, що проходять поблизу нерухомої частини в безпосередній близькості, наприклад, захист від пальців. Якщо вентилятор можна трохи відокремити від лопаток вентилятора, тоді шум зменшиться.
Іншим методом мінімізації шуму є зменшити напругу живлення вентилятора. Вентилятори визначаються з діапазоном робочої напруги, а ті, що мають вхід прямої напруги, зазвичай обертаються зі швидкістю, яка залежить від поданої напруги. Повільніший вентилятор буде видавати менше чутного шуму.
Прикладом тихого примусового джерела вентиляторів є GCS250 від XP Power. Потрібно лише 7 CFM потоку повітря порівняно з іншими подібними джерелами на промисловому ринку, яким потрібно до 30 CFM. Низький потік повітря, необхідний для GCS250, допомагає мінімізувати звуковий шум.
Завершення
Теплове управління поточними джерелами живлення набуває все більшої важливості через менші розміри радіатора та більшу щільність потужності. Документація джерела містить важливу інформацію для розробників обладнання, щоб гарантувати, що силові компоненти не експлуатуються при занадто високій температурі щодо максимальних температур, визначених для цих компонентів. Після того, як вентилятор був обраний попереднім методом, слід провести остаточну перевірку з вимірюванням температур цих компонентів у кінцевому обладнанні. І якщо виявиться, що температура компонента перевищує значення, зазначене в документації, тоді слід перерахувати потік повітря та його напрямок.
У V enco ми є постачальниками XP Power та іншими виробниками блоків живлення. Зв’яжіться з нами, і ми проконсультуємо вас .
Статтю переклав та адаптував "Підказки та підказки щодо використання вентиляторів охолодження для джерел живлення" Ендрю Брайарсом, менеджером з інженерії програм у XP Power.