Electronique de refroidissement à air forcé. Matériel. Résistance à l'air CEA
Le refroidissement forcé de l'électronique est une pratique courante. Avez-vous un élément puissant sur le plateau? Pas de problème! Mettez un radiateur plus gros, mais un ventilateur est plus puissant et voici la solution à votre problème. Mais ce n'est pas si simple. Non seulement cela, des ventilateurs puissants créent un niveau de bruit élevé, mais l'appareil électronique lui-même a également une résistance au flux d'air. La règle "plus c'est mieux" ne fonctionne pas ici. Pourquoi, sera décrit dans cet article. De plus, pour le plus cool des fans importés de l'étranger, vous devez obtenir une licence d'importation.Formulation du problème
Supposons que vous trouviez un ventilateur CC puissant avec un débit d'air volumétrique d'environ 30 pieds3 \ min. Il n'y a pas de limite à votre joie, car plus le débit d'air est important, plus le débit d'air à l'intérieur de l'appareil est important, ce qui permet de mieux refroidir les éléments. Cependant, 30 pieds3 \ min - c'est le débit d'air que nous obtiendrions s'il n'y avait pas de résistance à l'air sur le chemin d'écoulement d'air, ce qui, très probablement, n'est pas réaliste.Vous avez sûrement vu de telles courbes (Fig. 1) dans des fiches techniques sur des ventilateurs (si vous les avez bien sûr déjà examinés. Souffler et souffler). Je vais essayer d'expliquer sa signification. L'ordonnée montre la tête hydraulique (têtes hydrauliques en anglais) en mm (ou plus souvent en pouces) d'eau, et l'abscisse montre le débit en pieds cubes par minute. La valeur de pression maximale peut être obtenue si vous fermez, disons, avec votre paume, le ventilateur. Dans ce cas, il n'y aura pas de circulation d'air et toute l'énergie ira pour créer une pression. S'il n'y a pas d'obstacles au débit d'air, alors nous développerons un débit volumétrique maximal, ce qui est bien.
Figure. 1. Courbe de performance typique du ventilateur PMD1204PQB1-A. (2) .U.GN.La réalité est généralement que le système a une résistance à l'air finie et vous devez sélectionner un point sur la courbe pour obtenir la valeur réelle du débit volumique. La dépendance dans le système a une forme quadratique.
R est la résistance à l'air totale du système. G - débit volumique d'air. La résistance consiste généralement en pertes dues à l'interaction du flux d'air avec la carte de circuit imprimé, le boîtier, les ouvertures d'entrée et de sortie, diverses extensions et contractions dans le boîtier. Pour tous ces éléments dans la littérature spécialisée, il existe des formules approximatives pour calculer la résistance.
Figure. 2. Courbe de performance du ventilateur et résistance du système.Façons d'activer les fans
Souvent, plusieurs ventilateurs sont utilisés pour refroidir le système. Il y a une différence dans la façon dont vous avez l'intention de les livrer - en parallèle ou en série. En parallèle - c'est lorsque vous mettez deux fans côte à côte et en série - ce sont deux fans l'un après l'autre. L'installation en série augmente la pression statique et convient mieux aux systèmes à haute résistance interne (par exemple, lorsque vous avez une installation très serrée d'éléments dans le boîtier et que la perforation de ventilation n'est pas impressionnante) (Fig.3), mais parallèle) (Fig.4), au contraire, pour systèmes à faible résistance au flux d'air et est utilisé pour augmenter le débit massique.
Figure. 3. Mise en marche des ventilateurs en série
Fig. 4. Allumer les ventilateurs en parallèleLe graphique (Fig.4) montre que lorsqu'il est installé en parallèle, nous augmentons le débit volumique, afin d'obtenir le résultat final, il nous suffit d'ajouter le débit volumique du deuxième ventilateur au débit volumique du premier ventilateur et de reconstruire le graphique. La situation pour l'inclusion séquentielle est la même, mais ici nous additionnons la pression. Je tiens à noter qu'il vaut mieux utiliser deux ventilateurs identiques (surtout dans le cas d'une connexion en série). Sinon, vous pouvez rencontrer des phénomènes désagréables, par exemple, avec le fait que votre air ira dans la direction opposée. Je note que l'utilisation de ventilateurs supplémentaires n'entraînera pas de performances du système de refroidissement N fois.Comment décrire la résistance à l'air d'un appareil électronique
Pour caractériser la réponse de l'appareil au débit d'air, vous pouvez utiliser l'analogie avec le circuit électrique (la méthode d'analogie est utilisée ici). La résistance à l'air est une résistance électrique. Le flux d'air est un courant électrique. Chute de tension - perte de pression. Il existe encore des capacités et des inductances, mais nous n'en avons pas besoin dans ce cas. Par conséquent, afin de décrire le système, il est nécessaire de mettre en évidence les parties individuelles qui ont un impact significatif sur le flux d'air, notez-les pour chaque expression de résistance à l'air. Ils sont assez simples. Ensuite, une chaîne de résistances de flux d'air est enregistrée, la résistance totale est recherchée, et enfin, la courbe caractéristique de votre appareil est construite. Nous le ferons sur la base d'un exemple. Mais d'abord, je vais vous donner les composants de base dans lesquels votre appareil peut être décomposé,et enregistrer la résistance de l'air pour eux.La figure suivante montre l'expression d'un mur perforé. Ou juste pour le trou. Vous pouvez décrire les murs de ventilation d'entrée.
Figure. 5. Mur perforé et expression pour celui-ci.Souvent, l'appareil comporte des compartiments de volumes différents. Donc, oui, ils ont également une résistance à l'air.
Figure. 6. Expansion du volume.Tongues.
Figure. 7. Tournez.L'interaction entre les deux surfaces, qu'il s'agisse de PP ou de la surface du corps.
Figure. 8. FrottementLa question se pose, mais comment décrire la résistance à l'air du PP avec les éléments qui s'y trouvent? Est-il vraiment nécessaire de décrire le tableau en détail, en le décomposant en sous-éléments? Non, il n'en a pas besoin. Dans notre cas, les gens intelligents ont fait beaucoup d'expériences, de calculs et de simulations. En principe, toutes les cartes peuvent être réduites à l'un ou l'autre cas typique en termes de flux d'air. Pour chacun d'eux, il existe une formule empirique plus ou moins précise pour le calcul. Le tableau suivant montre ces formules pour différentes configurations et emplacements du PCB à l'intérieur du boîtier. Nous avons besoin du cas (a) - un seul PP.
Exemple de calcul
Par exemple, nous écrivons la résistance à l'air pour le prochain cas avec le PP qui s'y trouve.
Figure. 9. Un exemple de l'appareil pour lequel le calcul a été effectué.Dans ce cas, les résistances à l'air suivantes sont présentes: perforation d'entrée, expansion à la sortie du ventilateur, résistance PCB, résistance entre le PCB et le couvercle supérieur du boîtier, résistance à la perforation de sortie. Toutes ces résistances sont écrites séquentiellement, et il n'y a rien de compliqué. Le calcul est donné dans le fichier MathCAD ci-joint, donc toute personne qui en a besoin peut regarder et profiter des développements. Vous devez utiliser vos dimensions géométriques des éléments, des perforations. De plus, ce fichier fournit un calcul de la résistance à l'air des radiateurs installés sur CPU1 et CPU2. Ici, je ne donne pas leur calcul.Tous les calculs proviennent de Gordon N. Elison Thermal Calculations for Electronics .Je vais donner les résultats. Le graphique (Fig. 9) montre en rouge la résistance à l'air et l'inclusion d'un ventilateur supplémentaire en série, et sur la figure 10, en parallèle.
Figure. 9. Résultats des calculs pour les ventilateurs connectés en séquence
Fig. 10. Résultats de calcul pour les ventilateurs connectés en parallèleTotal
Le système s'est avéré avec une faible résistance à l'air, donc une connexion parallèle de ventilateurs donnera un plus grand effet. Maintenant, connaissant les paramètres du système, vous pouvez commencer à calculer le régime thermique de votre appareil électronique. La procédure à suivre en utilisant des approximations d'ingénierie est décrite ici , ainsi que la confirmation du résultat ici en utilisant la modélisation dans Autodesk CFD.Cet article a été écrit en utilisant le livre Gordon N. Elison Thermal Calculations for Electronics.Lien vers le fichier MathCAD pour les calculs. Source: https://habr.com/ru/post/fr387551/
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