Switchade nätaggregat med hybrid konduktions- och konvektionskylning

Elektroniska tillämpningar genererar värme som, om den blir för hög, kan minska verkningsgraden, förkorta komponenternas livslängd och till och med leda till värmefel. Fläktbaserade nätaggregat är populära i många tillämpningar, men inte i sådana där verkningsgrad, tystnad och tillförlitlig prestanda är av största vikt.

Olika metoder för kylning används för att bibehålla optimala driftstemperaturer, var och en med sina egna kompromisser. Traditionella nätaggregat förlitar sig antingen på fläktkylning, där fläktar aktivt förflyttar luft över värmegenererande komponenter, eller en passiv konvektionskylning, där kylflänsar och luftflöde används för att avleda värme. Andra alternativ är konduktionskylning och vätskekylning.

TRACO Power har en serie fläktlösa kraftlösningar för tillämpningar inom industri, medicinsk teknik och telekommunikation. Företagets serie TCI möjliggör förbättrad värmehantering som minskar de värmerelaterade energiförlusterna och förbättrar systemets tillförlitlighet för kontinuerlig drift. De tillhandahåller en konduktionskyld kraftlösning med hjälp av en lämplig basplatta, med möjlighet att använda konvektionskylning såväl som fläktkylning, vilket gör dem mycket mångsidiga i en mängd olika tillämpningar.

Sortera bland alternativen

Respektive kylmetod innebär kompromisser när det gäller verkningsgrad, storlek, kostnad och tillförlitlighet. När produktkonstruktörer utformar kylsystem för elektronik bör de tänka på följande:

• Krav på effektavledning
• Utrymmesbegränsningar
• Tillförlitlighetsbehov
• Kostnad och komplexitet

Genom att välja en lämplig strategi för kylning kan konstruktörer förbättra verkningsgraden, tillförlitligheten och prestandan i olika elektroniska tillämpningar. Det här är de typiska metoder för kylning som bör beaktas vid utveckling av tillämpningar:

• Konvektion: Konvektionskylning bygger på den naturliga rörelsen hos stigande varm luft som ersätts av kallare luft, vilket möjliggör värmeavledning utan några aktiva komponenter. Den är billig och tillförlitlig men har begränsad effektivitet, särskilt i slutna utrymmen där luftflödet är begränsat. Passiv konvektionskylning ger hög tillförlitlighet men är inte lämpligt för tillämpningar med hög effekt som genererar mycket värme.
• Fläktkylning: Vid fläktkylning används fläktar för att aktivt blåsa luft över värmealstrande komponenter för att förbättra värmeavledningen. Metoden används ofta i industriella nätaggregat, datorsystem och elektronik för hög effekt. Fläktar förbrukar ström och ger upphov till störningar och potentiella felkällor, men de förhindrar effektivt överhettning och termisk strypning för att upprätthålla systemets stabilitet i krävande miljöer.
• Kylflänsar: Kylflänsar använder värmeavledning för att överföra värme från komponenter till en större yta, vilket medför att värmen kan avledas till den omgivande luften. De flesta kylflänsar är utformade med fenor för att maximera ytan och förbättra kylningen genom naturlig eller påtvingad konvektion. Även om det finns kylflänsar med tunn profil för kompakta tillämpningar, krävs det vanligtvis större kylflänsar för hög effektavledning.
• Kylplattor: Kylplattor använder en tjock metallplatta för att leda bort värme från en komponent och fördela den över en större yta.  
• Vätskekylning: Vätskekylning är beroende av ett slutet system där kylvätskan absorberar värme från komponenterna och transporterar den till en radiator eller värmeväxlare för avledning. Metoden används ofta i tillämpningar med hög effekt inom flyg- och bilindustrin samt i högeffektiva datorsystem, där enbart fläktar och kylflänsar inte räcker till. Vätskekylning kräver dock ytterligare teknik, komplexitet och underhåll.
• Värmeledande ämnen: Värmeledande ämnen, som t.ex. värmeledande pasta eller fett, minskar den termiska resistansen mellan elektroniska komponenter och kylytor men avleder inte någon värme på egen hand. Genom att fylla mikroskopiska luftspalter förbättrar dessa ämnen effektiviteten vid värmeöverföring, och säkerställer att kylplattor eller värmespridare kan fungera effektivt. Vissa termiska föreningar fungerar även som lim för att fästa kyllösningar utan mekaniska fästelement.

Hybridkonstruktion från TRACO Power

Serien TCI med switchande nätaggregat från TRACO Power har en hybriddesign som stöder både konvektions- och konduktionskylning (figur 1), vilket gör den väldigt mångsidig för olika värmehanteringsstrategier.

Bild 1: Hybridchassin från TRACO Power ger konstruktörer möjlighet att välja mellan konvektions- och konduktionskylning. (Bildkälla: TRACO Power)

För konduktionskylning garanterar metallhöljet en effektiv värmeöverföring till en ansluten basplatta, kylfläns eller ett chassi, vilket möjliggör passiv värmeavledning. Det kan vara ett lämpligt tillvägagångssätt för slutna höljen där luftkylning med hjälp av fläktar inte är praktiskt eller möjligt.

De inkapslade invändigt komponenterna är termiskt anslutna, vilket optimerar värmespridningen och tillåter naturlig konvektion för att avlägsna överskottsvärme. Vid montering utomhus ger hybriddesignen i många fall fortfarande möjlighet till passiv kylning utan att det krävs ytterligare kylflänsar.

Serien TCI har överlägsna värmeegenskaper genom att kombinera de bästa egenskaperna hos konduktions- och konvektionshöljen. Den kan generera betydligt högre effektnivåer utan något behov av fläkt i samma format som traditionella nätaggregat. I en konduktionskyld installation kan serien TCI enligt TRACO Power ge upp till 100 % av sin nominella maximala uteffekt, vilket gör den till ett perfekt val i tillämpningar utan fläktar.

Hybridkonstruktionen i serien TCI har optimal värmeöverföring med hjälp av en lämplig basplatta och en effektiv termisk anslutning av de enskilda komponenterna genom ett särskilt ingjutningsämne. Det avancerade ämnet gör det möjligt för de enskilda komponenterna att arbeta med högsta möjliga verkningsgrad, vilket är svårt att uppnå med konventionellt utformade nätaggregat.

Serien TCI är särskilt utformad för konduktionskylda lösningar med effektbehov på 130 till 500 W, vilket gör dem särskilt användbara i tillämpningar utan fläktar. Med en lämplig basplatta kan de arbeta säkert med upp till 100 % av sin nominella effekt.

TCI 130-124-J på 130 W (bild 2) är ett växel-/likströmsaggregat med konduktionskylning som är fokuserat på att ge utmärkt kylning vid jämn temperatur samtidigt som verkningsgraden maximeras. Enheten har en imponerande verkningsgrad på 92 % och ett drifttemperaturområde på -30 °C till +50 °C utan nedstämpling, och upp till +80 °C med antingen nedstämpling eller fläktkylning. Förvaringstemperaturen är -30 °C till +80 °C och måtten är 80 x 59,7 x 43,2 mm (3,15" x 2,35" x 1,7").

Bild 2: TCI 130-124-J från TRACO Power är en konduktionskyld växel-/likströmsenhet på 130 W. (Bildkälla: TRACO Power)

TCI 240-112-J på 240 W (bild 2) har samma temperaturområde för drift och förvaring som enheten med 130 W. Måtten är 104 x 62,5 x 39,2 mm (4,1" x 2,46" x 1,54"). Både serien TCI 130 och TCI 240 levereras som standard i metallkapslade höljen och har 100 % uteffekt utan behov av fläkt när de monteras på ett metallchassi eller en basplatta.

Bild 3: TCI 240-112-J från TRACO Power ger, när den monteras på ett metallchassi eller en basplatta, 100 % uteffekt utan behov av någon fläkt. (Bildkälla: TRACO Power)

TCI 500U-124U-T med U-kanal (bild 3) kan ge upp till 90 % av den maximala uteffekten utan behov av någon fläkt. Den har samma driftstemperaturområde som serierna TCI 130 och TCI 240 och har en förvaringstemperatur på -30 °C till +85 °C. Den har måtten 130 x 83 x 40 mm (5,12" L x 3,27" B x 1,57"). Den har även fjärrstyrning av på/av för integrering i system för automatiserad strömhantering och fjärrstyrda avkänningsingångar för att kompensera för spänningsfall vid långa kabelsträckor.

Bild 4: TCI 500-124U-T har en utspänning på 24 VDC med en verkningsgrad på 91 %. (Bildkälla: TRACO Power)

De konsekventa termiska och elektriska egenskaperna hos serien TCI möjliggör sömlös integration mellan olika produkter och skalbarhet, vilket gör att produktutvecklare kan börja med konstruktioner med lägre effekt och sedan gå vidare till högre effekt efter behov. Alla de tre märkeffekterna uppfyller strikta standarder för elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) och isolation för reglerade industrier.

Sammanfattning

Switchande nätaggregat utan fläkt med konduktionskylning har tyst drift, ökad tillförlitlighet och förbättrad värmehantering i tillämpningar för industri, medicinsk teknik och telekommunikation. TRACO Power erbjuder tre effektklasser i sin serie TCI som har skalbar effekt, kompakta format och stora drifttemperaturområden. Nätaggregaten integreras sömlöst i utrymmeskrävande och slutna höljen och har hög verkningsgrad och värmeavledning för strömhantering i krävande miljöer.