Alimentatori a commutazione con raffreddamento ibrido per conduzione e convezione

Le applicazioni elettroniche generano calore che, se eccessivo, può ridurre l'efficienza, accorciare la durata prevista dei componenti e persino portare a guasti termici. Gli alimentatori dotati di ventole sono preferiti per molte applicazioni, ma non per quelle in cui l'efficienza, la silenziosità e l'affidabilità delle prestazioni sono fondamentali.

Per mantenere le temperature di funzionamento ottimali si utilizzano diversi metodi di raffreddamento, ognuno dei quali implica dei compromessi. Gli alimentatori tradizionali si affidano al raffreddamento ad aria forzata, che impiega ventole per spostare attivamente l'aria sui componenti che generano calore, o al raffreddamento per convezione passiva, che si basa sui dissipatori e sulla ventilazione per dissipare il calore. Altre opzioni includono il raffreddamento per conduzione e a liquido.

TRACO Power offre una serie di soluzioni di alimentazione senza ventole per applicazioni industriali, mediche e di telecomunicazione. La serie TCI dell'azienda consente una gestione termica avanzata che riduce le perdite di energia dovute al calore e migliora l'affidabilità del sistema per il funzionamento continuo. È una soluzione di potenza raffreddata per conduzione che utilizza una piastra base adeguata, con la possibilità di utilizzare il raffreddamento per convezione o ad aria forzata, rendendola estremamente versatile per una vasta gamma di applicazioni.

Spiegazione delle varie opzioni

Ciascun metodo di raffreddamento presenta compromessi in termini di efficienza, dimensioni, costi e affidabilità. Quando si progettano sistemi di raffreddamento per l'elettronica, i progettisti di prodotti devono considerare:

• Requisiti di dissipazione di potenza
• Vincoli di spazio
• Esigenze di affidabilità
• Costo e complessità

Con la strategia di raffreddamento appropriata, i progettisti possono migliorare l'efficienza, l'affidabilità e le prestazioni in varie applicazioni elettroniche. Questi sono i metodi di raffreddamento tipici da prendere in considerazione nello sviluppo delle applicazioni:

• Convezione: il raffreddamento per convezione si basa sul movimento naturale dell'aria calda che sale e viene sostituita da aria più fredda, consentendo la dissipazione del calore senza alcun componente attivo. È un sistema economico e affidabile, ma di efficacia limitata, soprattutto negli spazi chiusi dove il flusso d'aria è limitato. Il raffreddamento passivo per convezione offre un'elevata affidabilità, ma non è adatto ad applicazioni ad alta potenza che generano parecchio calore.
• Aria forzata: il raffreddamento ad aria forzata utilizza le ventole per spostare attivamente l'aria sui componenti che generano calore, migliorando la dissipazione del calore. Questo metodo è comunemente utilizzato negli alimentatori industriali, nei sistemi informatici e nell'elettronica ad alta potenza. Le ventole consumano energia e introducono rumore e potenziali punti di guasto, ma prevengono efficacemente il surriscaldamento e il throttling termico per mantenere la stabilità del sistema in ambienti difficili.
• Dissipatori di calore: i dissipatori sfruttano la conduzione termica per trasferire il calore dai componenti a una superficie più ampia, consentendo al calore di disperdersi nell'aria circostante. La maggior parte dei dissipatori presenta un design ad alette per massimizzare la superficie, migliorando il raffreddamento per convezione naturale o forzata. Sebbene esistano dissipatori a profilo sottile per applicazioni compatte, per la dissipazione di potenza elevata sono in genere necessari dissipatori più grandi.
• Piastre fredde: le piastre fredde utilizzano una spessa piastra base metallica per condurre il calore lontano da un componente, distribuendolo su un'area più ampia.
• Raffreddamento a liquido: il raffreddamento a liquido dipende da un sistema a ciclo chiuso in cui il refrigerante assorbe il calore dai componenti e lo trasporta a un radiatore o a uno scambiatore di calore per la dissipazione. Questo metodo è comunemente utilizzato in applicazioni ad alta potenza come quelle aerospaziali, automotive e di calcolo ad alte prestazioni, dove le ventole e i dissipatori di calore da soli non sono sufficienti. Tuttavia, il raffreddamento a liquido richiede una progettazione, una complessità e una manutenzione aggiuntive.
• Composti termici: i composti termici, come la pasta termica o il grasso, riducono la resistenza termica tra i componenti elettronici e le superfici di raffreddamento, ma da soli non dissipano il calore. Riempiendo traferri microscopici, questi composti migliorano l'efficienza di trasferimento del calore, assicurando il funzionamento efficace di dissipatori di calore, piastre fredde o diffusori di calore. Alcuni composti termici fungono anche da adesivi per il fissaggio di soluzioni di raffreddamento senza dispositivi di fissaggio meccanici.

Il design ibrido di TRACO Power

La serie di alimentatori a commutazione TCI di TRACO Power utilizza un design ibrido dell'involucro che supporta sia il raffreddamento per convezione che per conduzione (Figura 1), rendendolo estremamente versatile per diverse strategie di gestione termica.

Figura 1: Il design ibrido dell'involucro di TRACO Power offre ai progettisti opzioni di raffreddamento per conduzione e convezione. (Immagine per gentile concessione di TRACO Power)

Per il raffreddamento per conduzione, l'involucro metallico garantisce un trasferimento efficiente del calore a una piastra base, a un dissipatore o a un telaio, consentendo la dissipazione passiva del calore. Questo approccio può essere adatto per gli involucri sigillati, in cui il flusso d'aria forzato tramite ventole non è pratico o possibile.

I componenti interni incapsulati sono collegati termicamente, il che ottimizza la diffusione del calore e consente la convezione naturale per rimuovere il calore in eccesso. Quando è montato all'aperto, il design ibrido in molti casi offre comunque il raffreddamento passivo senza richiedere dissipatori aggiuntivi.

La serie TCI offre capacità termiche superiori, combinando le migliori caratteristiche dei tipi di involucro per conduzione e per convezione. Può generare livelli di potenza significativamente più elevati senza la necessità di una ventola nello stesso fattore di forma degli alimentatori tradizionali. Secondo TRACO Power, in una configurazione raffreddata per conduzione, la serie TCI può erogare fino al 100% della sua potenza massima nominale, il che la rende una scelta ideale per applicazioni senza ventola.

Il design ibrido della serie TCI garantisce un trasferimento di calore ottimale grazie a una piastra base appropriata e a un'efficiente connessione termica dei singoli componenti attraverso uno speciale composto per incapsulamento. Il composto avanzato consente ai singoli componenti di funzionare al massimo dell'efficienza, cosa difficile da ottenere con i sistemi di alimentazione progettati in modo tradizionale.

La serie TCI è progettata specificamente per soluzioni raffreddate per conduzione che richiedono una potenza compresa tra 130 W e 500 W, il che la rende particolarmente utile per le applicazioni senza ventola. Con una piastra base appropriata, possono funzionare in modo sicuro fino al 100% della loro potenza nominale.

L'alimentatore TCI 130-124-J da 130 W (Figura 2) è un alimentatore c.a./c.c. con raffreddamento per conduzione che si distingue soprattutto per un eccellente comportamento di raffreddamento a temperatura costante, massimizzando l'efficienza. Caratterizzata da un'efficienza impressionante del 92%, l'unità offre un intervallo della temperatura di funzionamento da -30 a +50 °C senza declassamento e fino a +80 °C con declassamento del carico o raffreddamento forzato. La temperatura di stoccaggio è compresa tra -30 e +80 °C e le dimensioni sono di 80 x 59,7 x 43,2 mm.

Figura 2: TCI 130-124-J di TRACO Power è un'unità c.a./c.c. da 130 W raffreddata per conduzione. (Immagine per gentile concessione di TRACO Power)

Il modello TCI 240-112-J da 240 W (Figura 2) presenta gli stessi intervalli di temperatura di funzionamento e di stoccaggio dell'unità da 130 W. Le sue dimensioni sono di 104 x 62,5 x 39,2 mm. Entrambe le serie TCI 130 e TCI 240 sono fornite di serie in contenitori incapsulati in metallo e offrono un'uscita del 100% senza la necessità di una ventola se montate su una piastra base o un telaio in metallo.

Figura 3: TCI 240-112-J di TRACO Power, montato su un telaio o una base metallica, offre un'uscita del 100% senza la necessità di una ventola. (Immagine per gentile concessione di TRACO Power)

Il modello TCI 500U-124U-T in contenitore a canale a U (Figura 3) può erogare fino al 90% della potenza massima in uscita senza la necessità di una ventola. Offre lo stesso intervallo della temperatura di funzionamento delle serie TCI 130 e TCI 240 e una temperatura di stoccaggio compresa tra -30 e +85 °C. Le sue dimensioni sono di 130 x 83 x 40 mm. Dispone inoltre di un controllo remoto di accensione e spegnimento per l'integrazione in sistemi automatizzati di gestione dell'alimentazione e di ingressi di rilevamento remoti per compensare le cadute di tensione nei cavi su lunghe tratte.

Figura 4: TCI 500-124U-T ha una tensione di uscita di 24 V c.c. con un'efficienza del 91%. (Immagine per gentile concessione di TRACO Power)

Le caratteristiche termiche ed elettriche costanti della serie TCI consentono una perfetta integrazione tra i prodotti e una scalabilità che permette ai progettisti di iniziare con progetti a bassa tensione e di passare a tensioni superiori in base alle necessità. Tutte e tre i livelli di tensioni nominali soddisfano i severi standard di compatibilità elettromagnetica (EMC) e di isolamento per i settori regolamentati.

Conclusione

Gli alimentatori a commutazione con raffreddamento per conduzione senza ventola garantiscono un funzionamento silenzioso, una maggiore affidabilità e una migliore gestione termica in applicazioni industriali, mediche e di telecomunicazione. TRACO Power offre tre livelli di tensioni nominali nella serie TCI, che garantiscono scalabilità della potenza, fattori di forma compatti e ampi intervalli della temperatura di funzionamento. Questi alimentatori si integrano perfettamente in contenitori sigillati e con vincoli di spazio, garantendo un'elevata efficienza e dissipazione del calore per la gestione dell'alimentazione in ambienti difficili.