電源装置の熱管理

電源装置は動作中に熱を発生し、継続的な温度上昇によりパフォーマンスが変化し、最終的にシステム障害につながる可能性があります。 さらに、熱はコンポーネントの耐用年数を短くし、長期的な信頼性に影響を与えます。 したがって、電力管理には熱管理も含まれます。

熱管理は、物理学の基本原則に従います。 熱伝導には、輻射、伝導、対流の3つの方法があります。 ほとんどの電子システムでは、必要な冷却は、熱を伝導によって熱源から出させ、次に対流によって他の場所に移動させることです。

熱設計では、必要な伝導と対流を効果的に実現するために、さまざまな熱管理ハードウェアを組み合わせる必要があります。 最も一般的に使用される放射要素は、ヒートシンク、ヒートパイプ、ファンの3つです。 ヒートシンクとヒートパイプは電源のないパッシブ冷却システムであり、ファンはアクティブな強制空冷システムです。

ヒートシンクソリューション：

ヒートシンクはアルミニウムまたは銅の構造であり、伝導によって熱源から熱を取得し、その熱を空気の流れ（場合によっては水やその他の液体）に伝達して対流を実現します。 ヒートシンクには、スタンピングシンク、押し出しヒートシンク、スカイブフィンヒートシンク、フォルダフィンヒートシンク、はんだ付けフィンヒートシンクなど、さまざまな種類があります。

ヒートシンクには可動部品がなく、操作コストが低く、故障モードが低くなっています。 ラジエーターが熱源に接続されると、暖かい空気が上昇するにつれて、対流が自然に発生し、空気の流れを形成し続けます。 ただし、大きな熱を伝達するヒートシンクは、体積が大きく、コストが高く、重量が大きいため、正しく配置する必要があります。これにより、回路基板の物理的なレイアウトに影響を与えたり、制限したりします。

ヒートパイプソリューション：

熱源はヒートパイプ内で作動油を蒸気に変換し、蒸気はヒートパイプのより冷たい端に熱を伝達します。 この端で、蒸気は凝縮して液体になり、熱を放出しますが、流体はより高温の端に戻ります。 気液形態遷移プロセスは連続的であり、コールドエンドとホットエンドの間の温度差によってのみ駆動されます。 ヒートシンクまたは他の冷却装置をコールドエンドに接続すると、空気の流れが遮断された局所的なホットスポットの熱放散の問題を解決できます。

ファンソリューション：

多くの場合、特に空気の流路が湾曲している、垂直である、または遮断されている場合、通常、十分な空気の流れを得る唯一の方法です。 ファン容量を定義する重要なパラメータは、1分あたりの空気の単位長さまたは単位体積流量です。 ただし、物理的なサイズには問題があります。低速の大きなファンは、高速の小さなファンと同じ気流を生成する可能性があるため、サイズと速度の間にはトレードオフがあります。 ヒートシンクモジュールと組み合わせると、多くのアプリケーションで常に優れた熱性能を提供します。

熱管理は、電源装置のコンポーネントと内部環境の温度を下げ、製品の耐用年数を延ばし、信頼性を向上させることができます。 これには、サイズ、電力、効率、重量、信頼性、およびコストのトレードオフが含まれます。 熱設計を行う際には、プロジェクトの優先順位と制約を評価する必要があります。