2.設計方法
強制風冷系統的設計包括通風管道的設計、通風口的設計及通風機的選用。
(1)通風管道的設計
① 在保證氣流不短路的情況下,通風道應盡量短,以降低風道的阻力損失。
② 應盡可能用直管,以便于加工并減小風阻。當不得不采用彎曲管道時,應盡量采用局部阻力小的結構,并且盡量在風速最小處彎折。
③ 應合理選擇管道的截面尺寸和出口形狀,風道的截面尺寸應盡可能與風機的出口匹配,以避免增大風阻。
④ 大功率元器件的送風管截面形狀應根據元器件的形狀而定,以增強散熱效果。
(2)通風口的設計
① 通風口的開設應有利于形成有效的自然對流通道。
② 進風口應盡可能對準發熱元器件,出風口應盡可能遠離進風口。
③ 通風口應開在溫差較大的相應位置,且進風口應盡可能低,出風口盡可能高,以防止氣流短路。
(3)通風機的選用
① 應根據電子產品通風冷卻系統所需的風量、風壓、鄰近空間大小選擇通風機類型。
② 對于要求風量大、風壓低的應用系統,優選軸流式通風機,反之則優選離心式通風機。
③ 對于空用電子產品,為確保冷空氣的輸送量,應采用可變速的通風機以適應不同海拔工作的需要。
3.設計案例
圖2是某大功率電源產品的強制風冷散熱系統設計(采用風扇+散熱器結構)。
圖2某大功率電源產品的強制風冷散熱系統設計
七、液冷式冷板散熱系統設計
液冷式冷板散熱系統適用于較高的環境溫度下或高密度熱源下工作的情況。設計時一般應遵循以下要求:
① 優選水作為冷卻劑,設計時應保證冷卻劑能自由膨脹,且機箱必須能承受冷卻劑的最大蒸汽壓力。
② 要確保冷卻劑不會在最高的工作溫度下沸騰(如有必要,應安裝溫度控制元器件),還應確保冷卻劑不會在最低溫度下結冰。
③ 直接液體冷卻適用于體積及功率密度很高的元器件或設備,也適用于必須在高溫環境條件下工作且元器件與被冷卻表面之間溫度梯度很小的部件。
圖3 某液冷式冷板散熱系統的結構設計
八、其他冷卻系統設計介紹
1.半導體制冷系統
半導體制冷又叫溫差電制冷,是建立在帕爾貼效應基礎上的一種制冷方法。其原理是:當對兩種不同導體組成的電偶對通電流時,在電偶的相應接頭處會發生吸熱和放熱現象。這一現象在半導體中表現得更為突出,因此可利用這一原理進行可控溫度調節。
半導體制冷系統的優點是:制冷量和冷卻速度可以通過改變電流的大小而調節,不需要制冷劑,無機械部件,設計簡單、維修方便,可靠性高。
設計半導體制冷系統時,應注意熱面溫度不應高于60℃(必要時在熱面加裝強制液冷等高效散熱措施),以避免帕爾貼的損壞,同時,冷面的工作溫度應控制在20℃以上,以避免結露。
圖4是某種帕爾貼實物圖及其應用系統。
圖4 帕爾貼實物圖及其應用系統
2.熱管制冷系統
熱管一般由管殼、吸液芯和端蓋構成。它利用蒸發制冷的原理,增大熱管兩端的溫差,以加快熱量的傳遞。
熱管制冷方式的優點是:具有很強的導熱能力、優良的穩定性和可調節熱流密度等特點,是一種適應性很強的散熱系統。其缺點是設計相對復雜。
圖5 熱管散熱系統的結構設計