SBC電源の熱設計

シングル ボード コンピュータ (SBC) は、多くの制御問題に対する簡単な統合ソリューションです。 このアイデアの普及により、市場に出回る SBC 製品の数が急増しました。これらの製品は、比較的単純なマイクロコントローラ ベースのソリューションから、複雑ではあるがコンパクトな高性能プロセッサやフィールド プログラマブル ハイブリッド ゲートまで、幅広い性能とコストの要件をカバーしています。配列。 一般に、大量のコンピューティング パフォーマンスを小さなスペースにパッケージ化する必要性は、シェルとパッケージの設計に課題をもたらし、電源サブシステムに連鎖的な影響を及ぼします。

熱は電子システムの性能に直接影響します。 電子回路、特に電力変換と伝送に使用されるものは、通常、低温でより効率的に動作するため、廃熱の形で放散するエネルギーが少なくなる傾向があります。 システム全体の電力出力が増加するにつれて、効果的な冷却によって得られる効率の向上が大幅に増加します。

クーラー運転は、信頼性にも連鎖反応を起こします。 システムがより低い温度で動作している場合、一定時間内にシステムが故障する可能性は低くなります。 これらの要因により、冷却や負荷対効率曲線などの電源設計オプションを検討する際に、すべての可能性を考慮することが重要になります。 電源などの電子機器の放熱には、主に放射、対流、伝導の 3 つの方法があります。 ほとんどの環境で使用される電子システムでは、対流と伝導が最も重要です。

対流によって、システムの固体コンポーネントから空気分子にエネルギーが伝達されるときに、電源から熱が伝達されます。 熱損失率は、システムを流れる空気の速度に比例します。 したがって、強制空冷は、エネルギーを空気分子に伝達する熱アセンブリによって生成される自然な動きよりも大きな冷却度を提供します。

PCB 基板またはシステム シャーシを介した伝導は、従来は対流ほど重要ではないと考えられていましたが、電源装置から熱を放散する別の方法を提供します。 さらに、SBC ベースのシステムでは、電源装置の熱がプロセッサ複合体に伝達されないようにすることも重要です。これは、デバイスが高負荷条件下でそれ自体を保護するためにサーマル シャットダウンに入る可能性が高くなるためです。

一般に、PCB の銅含有量が高く、ハウジング内の金属は、伝導によって電源から熱が流出する良好な経路を提供するのに役立ちます。 エンクロージャーの外側に取り付けられたラジエーターは、システムから対流によって失われる可能性のある場所に熱を伝達するのに役立ちます。 冷却する機器間の隙間を熱伝導性接着剤で埋め、機器からラジエーターへの熱伝達を最大化することをお勧めします。 ボルトまたはクランプは接触圧力を増加させ、ヒートシンクへの熱伝達も改善します。

内部コンポーネントのレイアウトによっては、システム内の電源の方向も冷却性能に影響します。 熱気は上昇する傾向にあるため、SBC の下に設置された電源は、熱をプロセッサー複合体のコンポーネントに伝達する傾向があります。 ボードを縦に設置し、PSUを横にすると、熱風の影響が少なくなります。 ただし、熱に弱いコンポーネントは、ユニットの下部に配置する方がよい場合があります。

ヒートシンクを内部で使用する場合、最大のヒートシンクのフィンは空気の流れの方向と平行にする必要があります。 当然、気流は障害物によって制限されるため、考慮する必要があります。 空気がシステムから出る方法は、気流の効率を決定するのに役立ちます。 圧力の蓄積を防ぎ、ファンの効率を下げるために、空気出口の断面積は、吸気口の断面積より少なくとも 50% 大きくする必要があります。

これらの要因を考慮し、システム全体に設計された熱パラメータを考慮することで、設計者は高性能 SBC の可用性をフルに活用できるだけでなく、市販のパワー コンバーターもフルに活用できます。