В современных силовых электронных устройствах управление теплом является одной из самых важных задач. Силовые электронные устройства, такие как блоки питания, инверторы, электромобили и промышленное оборудование, генерируют значительное количество тепла во время работы. Без эффективного управления теплом эти устройства могут перегреваться, что приводит к снижению производительности, сокращению срока службы и даже полному выходу из строя. Именно здесь на помощь приходят теплоотводы, особенно в приложениях с высоковольтными устройствами.

Теплоотвод представляет собой пассивный компонент управления температурой, предназначенный для поглощения и рассеивания тепла от электронных компонентов. Они необходимы в силовой электронике для поддержания безопасных рабочих температур и обеспечения долговременной надежности и производительности. В этой статье будет рассмотрено использование теплоотводов в силовой электронике, с акцентом на различные типы, такие как индивидуальные теплоотводы, экструдированные алюминиевые теплоотводы, высокопроизводительные теплоотводы и жидкостные теплоотводы. Мы также рассмотрим, как эти технологии играют решающую роль в промышленном управлении тепловыми процессами. Важность теплоотводов в силовой электронике

 

В силовой электронике такие устройства, как транзисторы, диоды и интегральные схемы, могут генерировать значительное количество тепла во время работы. Это тепло должно эффективно рассеиваться, чтобы предотвратить перегрев и обеспечить оптимальную производительность этих устройств. В противном случае это может привести к термическому повреждению, выходу из строя системы и даже необходимости дорогостоящей замены или ремонта.

Теплоотводы обеспечивают способ поглощения и рассеивания этого тепла от чувствительных электронных компонентов. Увеличивая площадь поверхности, которая контактирует с окружающим воздухом или жидкостью, теплоотводы помогают передавать тепло от электронного устройства в окружающую среду, поддерживая температуру в безопасных пределах.

Как работают теплоотводы в силовой электронике

 

Теплоотвод работает на основе принципа теплопроводности. Он поглощает тепло от горячего электронного компонента (например, силового транзистора или диода) и передает его на свою поверхность. Затем тепло рассеивается в окружающий воздух или жидкость за счет конвекции и излучения.

Эффективность теплоотвода определяется его способностью увеличивать площадь поверхности, улучшать воздушный поток и обеспечивать эффективное рассеивание тепла. Материал, используемый для изготовления теплоотвода, также имеет решающее значение; материалы с высокой теплопроводностью, такие как алюминий и медь, обычно используются для обеспечения эффективной передачи тепла.

Типы теплоотводов для силовой электроники

 

В приложениях силовой электроники используется несколько типов теплоотводов, каждый из которых предназначен для удовлетворения конкретных потребностей в управлении температурой. К ним относятся экструдированные алюминиевые теплоотводы, индивидуальные теплоотводы, высокопроизводительные теплоотводы и жидкостные теплоотводы. Давайте подробнее рассмотрим каждый тип.

1. Индивидуальные теплоотводы

 

В силовой электронике универсальные решения не всегда работают из-за уникальных тепловых требований различных устройств. Индивидуальные теплоотводы разработаны для удовлетворения конкретных потребностей конкретного приложения, предлагая индивидуальный подход к управлению температурой.

Индивидуальные теплоотводы часто проектируются с использованием сложных симуляций и расчетов, чтобы гарантировать, что они могут эффективно рассеивать тепло в зависимости от рассеивания мощности, окружающей среды и технических характеристик устройства. Например, если силовой модуль необычно большой или генерирует больше тепла, чем стандартный модуль, индивидуальный теплоотвод может быть разработан для удовлетворения этих уникальных потребностей, гарантируя эффективный контроль температуры.

2. Экструдированные алюминиевые теплоотводы

Экструдированные алюминиевые теплоотводы являются одним из наиболее распространенных типов теплоотводов, используемых в силовой электронике, благодаря своей экономичности и отличной тепловой производительности. Процесс экструзии включает в себя продавливание алюминия через форму для создания теплоотвода определенной формы, обычно с ребрами, которые максимизируют площадь поверхности для рассеивания тепла.

Процесс экструзии позволяет эффективно производить теплоотводы в больших объемах, что делает их идеальным выбором для коммерческой силовой электроники. Алюминий также является легким, прочным и обладает высокой теплопроводностью, что делает его популярным материалом для теплоотводов в различных приложениях силовой электроники. Они особенно подходят для применений со средней и высокой рассеиваемой мощностью.

Экструдированные алюминиевые теплоотводы идеально подходят для таких устройств силовой электроники, как блоки питания, драйверы светодиодов и промышленные преобразователи мощности, где необходимо соблюдать баланс между пространством, стоимостью и производительностью.

3. Высокопроизводительные теплоотводы

Для устройств силовой электроники, работающих под высокими нагрузками и в экстремальных условиях, часто требуются высокопроизводительные теплоотводы. Эти теплоотводы разработаны для обеспечения превосходного управления температурой даже в условиях, в которых стандартные теплоотводы могут работать неэффективно. Высокопроизводительные теплоотводы часто изготавливаются из таких материалов, как медь или высококачественные алюминиевые сплавы, которые обладают превосходной теплопроводностью. Они также имеют усовершенствованные конструкции ребер, включая штыревые ребра, поверхности с углублениями и микроребра, которые увеличивают площадь поверхности для рассеивания тепла и улучшают воздушный поток вокруг устройства.

В дополнение к выбору материала, в высокопроизводительных теплоотводах также используются передовые методы производства, такие как лазерная сварка и прецизионная обработка, чтобы обеспечить максимальную тепловую производительность. Эти теплоотводы обычно используются в приложениях силовой электроники, которые включают в себя большие токи или высокие частоты, такие как высоковольтные инверторы, электромобили, солнечные инверторы и центры обработки данных.

4. Жидкостные теплоотводы

Хотя воздушные теплоотводы обычно используются во многих приложениях силовой электроники, есть случаи, когда жидкостные теплоотводы обеспечивают лучшее решение. Жидкостное охлаждение включает использование жидкости, обычно воды или специального хладагента, для передачи тепла от теплоотвода в систему охлаждения, такую как радиатор или градирня.

Жидкостные теплоотводы идеально подходят для применений, где требования к рассеиванию тепла очень высоки. Поскольку жидкости имеют гораздо большую теплоемкость, чем воздух, они могут поглощать и переносить больше тепла. В результате жидкостные теплоотводы обеспечивают более высокую эффективность охлаждения в таких приложениях, как высоковольтная электроника, центры обработки данных, зарядные станции для электромобилей и промышленное оборудование.

Эти теплоотводы часто имеют каналы или микроканалы, по которым течет хладагент, поглощая тепло от теплоотвода и унося его для рассеивания в другом месте. Жидкостные теплоотводы особенно полезны в ситуациях, когда воздушного охлаждения недостаточно для поддержания безопасных рабочих температур.

Преимущества использования теплоотводов в силовой электронике

Повышенная надежность и долговечность

 

Эффективно управляя температурой силовых электронных устройств, теплоотводы играют ключевую роль в увеличении срока службы этих компонентов. Когда компоненты поддерживаются в оптимальном рабочем температурном диапазоне, они с меньшей вероятностью подвергаются термическому напряжению, которое может привести к преждевременному выходу из строя.

Повышенная эффективность
Системы силовой электроники работают более эффективно, когда их температура тщательно контролируется. Перегрев может привести к потере энергии и снижению производительности . Теплоотводы гарантируют, что устройства поддерживают эффективную работу даже в условиях больших нагрузок.

Экономичное управление температурой
Теплоотводы, особенно экструдированные алюминиевые теплоотводы, предлагают экономичное решение для управления температурой. Относительно низкая стоимость производства и высокая доступность материалов делают теплоотводы практичным решением для отраслей, которым требуются доступные, но эффективные решения для охлаждения. Компактная конструкция . Heat sinks ensure that devices maintain efficient operation, even under heavy load conditions.

Cost-Effective Thermal Management
Heat sinks, especially extruded aluminum heat sinks, offer a cost-effective solution to thermal management. The relatively low manufacturing cost and high availability of materials make heat sinks a practical solution for industries that require affordable yet efficient cooling solutions.

Compact Design
Теплоотводы, как правило, компактны и легки, что делает их идеальными для интеграции в силовые электронные системы, где пространство ограничено. Их небольшой размер позволяет использовать их в широком спектре применений, от небольшой бытовой электроники до крупных промышленных систем.

Преимущества для окружающей среды
Поскольку теплоотводы являются пассивными компонентами, им не требуется электричество для работы. Они полагаются на естественную конвекцию и теплопроводность для рассеивания тепла, что делает их экологически чистыми. Кроме того, высокопроизводительные теплоотводы снижают потребность в дополнительных механизмах охлаждения, таких как вентиляторы или кондиционеры, что приводит к снижению энергопотребления.

 

Применение теплоотводов в силовой электронике

Источники питания
Источники питания необходимы в большинстве электронных систем, преобразуя электрическую энергию из одной формы в другую. Источники питания часто включают высокомощные устройства, которые генерируют значительное количество тепла. Теплоотводы обеспечивают поддержание этих компонентов в безопасных рабочих температурах, предотвращая перегрев и обеспечивая надежную работу.

Инверторы и преобразователи
Инверторы и преобразователи являются важными компонентами в системах возобновляемой энергии, электромобилях и промышленном оборудовании. Эти устройства преобразуют постоянный ток (DC) в переменный ток (AC) и наоборот, генерируя значительные количества тепла. Теплоотводы играют жизненно важную роль в поддержании эффективной работы этих высокомощных систем.

Драйверы светодиодов
Драйверы светодиодов — еще одно распространенное применение, где теплоотводы необходимы. Высокомощные светодиоды генерируют тепло, которое необходимо рассеивать для обеспечения оптимальной светоотдачи и предотвращения преждевременного выхода из строя. Теплоотводы помогают продлить срок службы светодиодов, предотвращая их перегрев.

Электромобили (EV)
По мере того, как электромобили становятся все более распространенными, растет спрос на эффективную силовую электронику. Электромобили используют силовую электронику для управления зарядкой батарей, преобразованием энергии и управлением двигателем. Теплоотводы в этих приложениях имеют решающее значение для обеспечения производительности и долговечности силовых модулей, используемых в системах электромобилей.

Центры обработки данных
Центры обработки данных содержат тысячи серверов, которые обрабатывают огромные объемы данных. Эти серверы генерируют значительное количество тепла, которое необходимо контролировать, чтобы избежать простоя системы. Теплоотводы широко используются в этих системах, чтобы обеспечить поддержание процессоров и других компонентов в оптимальных рабочих температурах.

 

Заключение

По мере развития силовой электроники значение эффективного теплового управления становится еще более критичным. Теплоотводы являются важными компонентами, обеспечивающими эффективную, надежную и длительную работу силовых электронных устройств. Благодаря применению индивидуальных теплоотводов, экструдированных алюминиевых теплоотводов, высокопроизводительных теплоотводов или жидкостных теплоотводов отрасли могут гарантировать, что их системы остаются в безопасных температурных пределах.

Компания NANJING METALLI INDUSTRIAL CO., Ltd. предлагает широкий спектр решений для теплоотводов, предназначенных для силовой электроники, помогая предприятиям оптимизировать управление теплом и повышать производительность своих систем. Благодаря передовым материалам, индивидуальным конструкциям и приверженности качеству, компания хорошо подготовлена к удовлетворению постоянно растущих потребностей промышленного теплового управления.