Elektronik für Zwangsluftkühlung. Materiel. CEA Luftwiderstand
Die erzwungene Kühlung der Elektronik ist eine gängige Praxis. Hast du ein starkes Element auf dem Brett? Kein Problem! Setzen Sie einen größeren Kühler ein, aber ein Lüfter ist leistungsstärker und hier ist die Lösung für Ihr Problem. Aber es ist nicht so einfach. Nicht nur das, leistungsstarke Lüfter erzeugen einen hohen Geräuschpegel, sondern das elektronische Gerät selbst hat auch einen Widerstand gegen den Luftstrom. Die Regel "mehr ist besser" funktioniert hier nicht. Warum, wird in diesem Artikel beschrieben. Für die coolsten Fans, die aus dem Ausland importiert werden, benötigen Sie außerdem eine Importlizenz.Formulierung des Problems
Angenommen, Sie finden einen leistungsstarken Gleichstromlüfter mit einem Luftvolumenstrom von ca. 30 ft3 \ min. Ihrer Freude sind keine Grenzen gesetzt, denn je größer der Luftstrom ist, desto größer ist der Luftstrom im Gerät, wodurch die Elemente besser gekühlt werden können. 30ft3 \ min - dies ist der Luftstrom, den wir erhalten würden, wenn es keinen Luftwiderstand auf dem Luftströmungsweg gäbe, was höchstwahrscheinlich nicht realistisch ist.Sicherlich haben Sie solche (Abb. 1) Kurven in Datenblättern von Lüftern gesehen (wenn Sie sie sich natürlich jemals angesehen haben. Blasen und Blasen). Ich werde versuchen, seine Bedeutung zu erklären. Die Ordinate zeigt den Hydraulikkopf (Hydraulikköpfe in Englisch) in mm (oder häufiger in Zoll) Wasser, und die Abszisse zeigt den Durchfluss in Kubikfuß pro Minute. Der maximale Druckwert kann erreicht werden, wenn Sie beispielsweise den Lüfter mit Ihrer Handfläche schließen. In diesem Fall gibt es keinen Luftstrom und die gesamte Energie wird verwendet, um Druck zu erzeugen. Wenn es keine Hindernisse für den Luftstrom gibt, entwickeln wir einen maximalen Volumenstrom, der gut ist.
Feige. 1. Typische Lüfterleistungskurve PMD1204PQB1-A. (2) .U.GN.Die Realität ist normalerweise, dass das System einen endlichen Luftwiderstand hat und Sie einen Punkt auf der Kurve auswählen müssen, um den tatsächlichen Wert des Volumenstroms zu erhalten. Die Abhängigkeit im System hat eine quadratische Form.
R ist der Gesamtluftwiderstand des Systems. G - Luftvolumenstrom. Der Widerstand besteht normalerweise aus Verlusten aufgrund der Wechselwirkung des Luftstroms mit der Leiterplatte, dem Gehäuse, den Einlass- und Auslassöffnungen, verschiedenen Verlängerungen und Kontraktionen im Gehäuse. Für alle diese Elemente in der Fachliteratur gibt es ungefähre Formeln zur Berechnung des Widerstands.
Feige. 2. Lüfterleistungskurve und Systemwiderstand.Möglichkeiten, Fans einzuschalten
Oft werden mehrere Lüfter verwendet, um das System zu kühlen. Es gibt einen Unterschied in der Art und Weise, wie Sie sie liefern möchten - parallel oder in Serie. Parallel - dies ist, wenn Sie zwei Lüfter nebeneinander und in Reihe schalten - sind dies zwei Lüfter nacheinander. Die serielle Installation erhöht den statischen Druck und eignet sich besser für Systeme mit hohem Innenwiderstand (z. B. wenn Sie eine sehr dichte Installation von Elementen im Gehäuse haben und die Lüftungsperforation nicht beeindruckend ist) (Abb. 3), aber parallel) (Abb. 4) Systeme mit geringem Luftstromwiderstand und zur Erhöhung des Massenstroms.
Feige. 3. Einschalten der Lüfter in Reihe
Abb. 4. Lüfter parallel einschaltenDas Diagramm (Abb. 4) zeigt, dass wir bei paralleler Installation den Volumenstrom erhöhen. Um das Endergebnis zu erhalten, müssen wir nur den Volumenstrom des zweiten Lüfters zum Volumenstrom des ersten Lüfters hinzufügen und das Diagramm neu erstellen. Die Situation für die sequentielle Einbeziehung ist dieselbe, aber hier addieren wir den Druck. Ich möchte darauf hinweisen, dass es besser ist, zwei identische Lüfter zu verwenden (insbesondere bei Serienschaltung). Andernfalls können unangenehme Phänomene auftreten, z. B. wenn Ihre Luft in die entgegengesetzte Richtung geht. Ich stelle fest, dass die Verwendung zusätzlicher Lüfter nicht zu einer Leistung des N-fachen Kühlsystems führt.So beschreiben Sie den Luftwiderstand eines elektronischen Geräts
Um die Reaktion des Geräts auf den Luftstrom zu charakterisieren, können Sie die Analogie mit dem Stromkreis verwenden (hier wird die Analogiemethode verwendet). Luftwiderstand ist elektrischer Widerstand. Luftstrom ist ein elektrischer Strom. Spannungsabfall - Druckverlust. Es gibt noch Kapazitäten und Induktivitäten, aber wir brauchen sie in diesem Fall nicht. Um das System zu beschreiben, ist es daher erforderlich, die einzelnen Teile hervorzuheben, die einen signifikanten Einfluss auf den Luftstrom haben, und für jeden Ausdruck des Luftwiderstands aufzuschreiben. Sie sind ganz einfach. Anschließend wird eine Kette von Luftströmungswiderständen aufgezeichnet, der Gesamtwiderstand durchsucht und schließlich die Kennlinie Ihres Geräts erstellt. Dies werden wir anhand eines Beispiels tun. Aber zuerst gebe ich Ihnen die grundlegenden Komponenten, in die Ihr Gerät zerlegt werden kann.und Luftwiderstand für sie aufzeichnen.Die folgende Abbildung zeigt den Ausdruck für eine perforierte Wand. Oder nur für das Loch. Sie können die Einlasslüftungswände beschreiben.
Feige. 5. Perforierte Wand und Ausdruck dafür.Oft hat das Gerät Fächer mit unterschiedlichen Volumina. Also ja, sie haben auch Luftwiderstand.
Feige. 6. Erweiterung der Lautstärke.Flip Flops.
Feige. 7. Drehen.Die Wechselwirkung zwischen den beiden Oberflächen, ob es sich um PP oder die Oberfläche des Körpers handelt.
Feige. 8. ReibungEs stellt sich die Frage, aber wie beschreiben wir den Luftwiderstand des PP mit den darauf befindlichen Elementen? Ist es wirklich notwendig, das Board detailliert zu beschreiben und in Unterelemente zu unterteilen? Nein, das braucht es nicht. In unserem Fall haben kluge Köpfe viele Experimente, Berechnungen und Simulationen durchgeführt. Grundsätzlich können alle Platinen hinsichtlich des Luftstroms auf den einen oder anderen typischen Fall reduziert werden. Für jeden von ihnen gibt es eine mehr oder weniger genaue empirische Formel für die Berechnung. Die folgende Tabelle zeigt diese Formeln für verschiedene Konfigurationen und Positionen der Leiterplatte im Gehäuse. Wir brauchen Fall (a) - eine einzelne PP.
Berechnungsbeispiel
Zum Beispiel schreiben wir den Luftwiderstand für den nächsten Fall mit dem darin befindlichen PP.
Feige. 9. Ein Beispiel für das Gerät, für das die Berechnung durchgeführt wurde.In diesem Fall liegen folgende Luftwiderstände vor: Einlassperforation, Ausdehnung am Lüfterausgang, PP-Widerstand, Widerstand zwischen PP und oberem Gehäusedeckel, Ausgangsperforationswiderstand. Alle diese Widerstände werden nacheinander geschrieben, und es gibt nichts Kompliziertes. Die Berechnung ist in der angehängten MathCAD-Datei angegeben, sodass jeder, der sie benötigt, die Entwicklungen einsehen und nutzen kann. Sie müssen Ihre geometrischen Abmessungen der Elemente, Perforationen verwenden. Darüber hinaus enthält diese Datei eine Berechnung des Luftwiderstands von Heizkörpern, die auf CPU1 und CPU2 installiert sind. Hier gebe ich ihre Berechnung nicht an.Alle Berechnungen stammen von Gordon N. Elison Thermal Calculations for Electronics .Ich werde die Ergebnisse geben. Die Grafik (Abb. 9) zeigt rot den Luftwiderstand und die Aufnahme eines zusätzlichen Lüfters in Reihe und in Abbildung 10 parallel.
Feige. 9. Berechnungsergebnisse für in Reihe geschaltete Lüfter
Abb. 10. Berechnungsergebnisse für parallel geschaltete LüfterGesamt
Das System hat einen geringen Luftwiderstand, daher wird eine Parallelschaltung der Lüfter eine größere Wirkung erzielen. Wenn Sie nun die Parameter des Systems kennen, können Sie mit der Berechnung des thermischen Regimes Ihres elektronischen Geräts beginnen. Wie dies mit technischen Annäherungen zu tun ist , beschrieben hier , wie auch das Ergebnis bestätigt , hier mit Modellierung in Autodesk CFD.Dieser Artikel wurde mit dem Buch Gordon N. Elison Thermal Calculations for Electronics verfasst.Link zur MathCAD-Datei für Berechnungen. Source: https://habr.com/ru/post/de387551/
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