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解析1z电竞降温措施之蒸发冷却技术

文章来源:稳压电源企业,时间:2018-11-14 10:50    点击量:

随着1z电竞向高频、小型化发展,其功率密度不断提高,电源发热问题变得不可忽视。温度是影响1z电竞可靠性的重要因素之一。当器件温度高于其额定工作温度时,每升高10℃,器件可靠性下降一半,温度超过极限值将导致器件损坏,造成电源失效。除了选用低功耗器件及优化拓扑减小模块发热量外,高效可靠的冷却方式成为1z电竞向高功率密度方向发展的关键。
 
日前,中国科学院电工研究所、中国科学院大学的研究人员温英科、阮琳指出,高效可靠的冷却技术是1z电竞向高功率密度方向发展的迫切需求。为了实现1z电竞的高效散热,克服传统冷却方式效率低、系统复杂、电源温升高等缺点,将全浸式蒸发冷却技术应用于1z电竞冷却领域。有关研究成果已发表在2018《电工技术学报》第18期上,题目为“全浸式蒸发冷却1z电竞热分析及实验”。
 
据了解,传统的冷却方式有三种:自然对流冷却、强迫风冷散热、强迫水冷散热。鉴于空冷(自然对流、强迫风冷)散热能力有限,强迫水冷散热系统复杂、可靠性低的现状,1z电竞迫切需要一种冷却能力强、安全可靠的冷却方式。与空冷、水冷依靠冷却介质带走热量的方式截然不同,蒸发冷却技术利用高绝缘、低沸点的冷却介质受热沸腾时的汽化潜热带走热量。
 
当前,常用的蒸发冷却形式有全浸式、表贴式、管道内冷式以及喷淋式,并且由发热体的结构及发热特征来决定冷却方式的选取。1z电竞热源具有数量多、分布离散、发热不均匀、热源几何形状复杂的特点,采用全浸式蒸发冷却将电源模块直接浸没于冷却介质中,发热器件可与冷却介质充分直接接触,冷却效果好,且系统结构简单,可靠性高,是将蒸发冷却技术应用于1z电竞的首选结构形式。
 
解析1z电竞降温措施之蒸发冷却技术
图1  全浸式蒸发冷却1z电竞主电路结构
 
研究人员以一台12V/2kW1z电竞为例,从理论分析、仿真建模及实验验证角度对全浸式蒸发冷却1z电竞热特性进行研究,并与强迫风冷1z电竞热特性进行对比研究。仿真及实验验证了理论分析的正确性,证实了全浸式蒸发冷却技术应用于1z电竞冷却的可行性及技术优势。
 
解析1z电竞降温措施之蒸发冷却技术
图2  全浸式蒸发冷却1z电竞温度测试系统示意图
 
全浸式蒸发冷却1z电竞不仅冷却结构简单,而且具有稳态温升低、温度分布均匀、无局部过热点和动态过程热应力小的优点。另外,全浸式蒸发冷却1z电竞无需特殊的风道设计,在器件布局灵活性及缩小电源体积、提高电源功率密度方面有较大优势。
 
全浸式蒸发冷却1z电竞开机过程中器件温度变化率低,关机过程中无瞬间温度过冲,减小了温度变化带来的热冲击和热应力,提高了电源运行可靠性,适应了1z电竞的冷却需求,在1z电竞冷却领域具有良好的应用前景。

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