Основные схемы естественного воздушного охлаждения. Конструктивные приемы интенсификации естественного воздушного охлаждения

68. Основные схемы естественного воздушного охлаждения. Конструктивные приемы интенсификации естественного воздушного охлаждения.

Естественное охлаждение – без затрат на энергию, но эго интенсивность мала.

Основных схем естественного охлаждения две:

а) герметичное

б) с перфорированным корпусом

Задачей конструктора является обеспечение минимальных тепловых сопротивления между нагретыми телами внутри блока и окружающей средой. Рекомендации по повышению эффективности естественного воздушного охлаждения состоят в следующем.

1.  Если позволяет заданная степень защиты оболочки от проникновения твердых тел и воды, можно использовать перфорированный корпус с вентиляционными отверстиями. В данном типе корпусов имеет место проточная вентиляция внутреннего объема: нагретый воздух выходит наружу, а на его место приходит холодный из окружающего пространства. В закрытом корпусе процесс конвекции происходит в два этапа: передача тепла от элементов к корпусу; передача тепла от корпуса в окружающую среду. Вследствие этого температура воздуха внутри корпуса и температуры элементов при прочих равных условиях для закрытого блока будут выше. Вентиляционные отверстия должны быть расположены так, чтобы наружный воздух заходил в нижнюю часть корпуса и выходил в верхние отверстия. Для степеней защиты до IP44 включительно используются лабиринты, пропускающие воздух, но препятствующие проникновению воды. Для активизации конвекции следует снижать сопротивление движению воздуха внутри корпуса. Ширина зазоров, по которым воздух проходит между нагретыми частями, должна быть не менее 5 мм. Отверстия перфорации могут быть круглыми и прямоугольными, их диаметр 4, 6, 8, 10 мм. Чем больше диаметр отверстия, тем больше вероятность попадания внешних помех. Вводится понятие коэффициента перфорации () – отношение площади отверстия к площади днища и крыши.

2. Охлаждение электронного блока в герметичном корпусе можно улучшить, если активизировать теплопередачу от нагретых элемен­тов к корпусу за счет теплопроводности. Для этого тепловыделяю­щие элементы устройства следует крепить непосредственно на стен­ках корпуса, имеющих оребрение. В качестве примера на рис. изображен силовой электронный преобразователь, содержащий три герметизированных блока, установленных на горизонтальной герметизированной раме. Одна из боковых и верхняя стенка каждого блока выполнены в виде радиаторов, на которых внутри блока смонтирова­ны силовые полупроводниковые приборы.

3. Улучшить охлаждение электронной аппаратуры в закрытых металлических корпусах поможет установка между нагретыми элементами и корпусом устройства теплопроводяших губчатых прокладок Gap Pad. При этом теплоотвод происходит не путем конвекции через воздух, а бо­лее эффективно - за счет теплопроводности через прокладку. Мате­риал Gap Pad легко деформируется, что обеспечивает его плотное прилегание к поверхностям сложного профиля, например ко всем компонентам печатной платы. Губки Gap Pad на основе стекловолок­на с заполнением силиконовым каучуком имеют теплопроводность 0,7-3 Вт/м∙град, напряжение пробоя — до 10 кВ. рабочий диапазон температур - от -60 до +200 °С. Для улучшения теплоотвода, электрической изоляции, зашиты от механических воздействий и окружающей среды свободное про­странство внутри корпуса блока может быть заполнено теплопроводящим компаундом. Например, компаунд Gap Filler имеет теплопро­водность до 2 Вт/м∙град, рабочий диапазон температур - от -60 до +200 °С, время полимеризации - несколько часов при комнатной температуре. Данный способ не применим для ремонтопригодной ап­паратуры.

4. Еще один способ усиления отвода тепла от элементов к корпу­су— применение печатных плат на металлическом основании. Основой таких ПП является лист алюминия либо меди толщиной около 1,6 мм, поверх которого наносят изолирующий слой и далее печатный рисунок. Корпуса тепловыделяющих компонентов прижимами непос­редственно к металлической основе, для чего в этих местах в диэлект­рическом слое делают окна (рис.). Это позволяет отказаться от применения радиаторов на этих элементах. Конструкция платы долж­на обеспечивать ее надежный тепловой контакте корпусом.

По данным фирмы Bеrgquist ее многослойные печатные платы на металлических подложках из материала Sil-Pad обеспечивают отвод тепловой мощности более 100 Вт и совместимы с типовым техноло­гическим оборудованием. Кроме того, заземление внутреннего слоя меди позволяет ослабить емкостные связи между цепями, что очень актуально в СВЧ-системах.

5. Для увеличения плошали теплоотдачи на наружной, а для гер­метичного блока и на внутренней поверхности корпуса выполняются ребра (рис.). Конечно, можно и просто выбрать корпус большего размера.

6. Для активации лучистого теплообмена наружную и внутрен­нюю поверхности корпуса, а также поверхности нагретых тел целесообразно выполнить темными и матовыми, как минимум — не се­ребристыми и не блестящими.