Dans le secteur électronique actuel, en développement rapide, et où les appareils électroniques ont des exigences de performances de plus en plus élevées, la gestion thermique est devenue un défi majeur dans le processus de conception. Les radiateurs SSR, notamment ceux en aluminium, jouent un rôle essentiel pour assurer le fonctionnement stable des équipements. L'aluminium est non seulement largement utilisé en raison de son excellente efficacité de conduction thermique, mais occupe également une position importante dans le domaine de la technologie de dissipation thermique en raison de sa légèreté, de sa haute résistance et de sa bonne résistance à la corrosion. Cet article explorera comment concevoir un dissipateur thermique SSR efficace, en se concentrant sur l'application de l'aluminium dans la gestion thermique, et comment le dissipateur thermique fonctionne pour optimiser l'efficacité du transfert de chaleur et les performances thermiques grâce à une conception personnalisée. En combinant connaissances théoriques et exemples pratiques,Kaixin Aluminiumvous fournira un guide complet pour vous aider à concevoir une solution de refroidissement rentable qui répond à vos exigences de performances.
Partie 1 : Comment fonctionne le dissipateur thermique SSR ?
Un relais est un dispositif de commande électrique généralement utilisé pour faire passer un petit courant dans un circuit vers un autre fil afin de contrôler un courant plus important dans un autre appareil dans un autre circuit. Il permet aux signaux de faible puissance de contrôler des appareils de forte puissance ou plusieurs circuits.
Le principe de fonctionnement du dissipateur thermique SSR est basé sur les principes de conduction thermique, de convection et de rayonnement. Premièrement, la chaleur est transférée du SSR au dissipateur thermique par conduction thermique. Les dissipateurs thermiques SSR ont généralement une grande zone de contact avec le SSR pour maximiser l'efficacité du transfert de chaleur. Une fois que la chaleur est transférée au dissipateur thermique, elle est dissipée dans l'environnement environnant à l'aide de courants de convection à travers la structure physique du dissipateur thermique, généralement constituée d'une série d'ailettes. Ces ailettes augmentent la surface du radiateur en contact avec l'air, accélérant ainsi la dissipation thermique.
Partie 2 : Comment concevoir votre premier dissipateur thermique SSR ?
Le processus de personnalisation d'un dissipateur thermique SSR commence par une étape critique : l'analyse des besoins. Cette phase vise à comprendre pleinement les exigences spécifiques auxquelles le dissipateur thermique doit répondre, y compris une analyse détaillée de la consommation électrique, de l'environnement de fonctionnement et des contraintes spatiales du dissipateur thermique approprié. Une analyse précise des exigences constitue la base de la conception et de la production de dissipateurs thermiques efficaces, garantissant que le produit final répond aux besoins spécifiques des applications.
Sélection des matériaux
Nous vous recommandons d'utiliser un alliage d'aluminium pour choisir votre dissipateur thermique SSR en raison de sa conductivité thermique élevée, de son poids léger et de son excellente usinabilité. Cependant, d’autres matériaux peuvent être utilisés en fonction de vos exigences spécifiques telles que les contraintes budgétaires ou environnementales. Vous pouvez également consulter notre dernier blog qui illustredifférents types d'aluminiumnous pouvons utiliser pour fabriquer des dissipateurs thermiques ou des plaques de refroidissement liquide.
Consommation d'énergie
Pour déterminer la puissance du courant de charge de votre relais statique (SSR), vous devez prendre en compte plusieurs paramètres clés, principalement le courant de charge et la tension du SSR dans des conditions de fonctionnement normales, qui seront indiqués dans le marquage sur le solide. relais de l'Etat. Vous pouvez également consulter les spécifications techniques du relais statique, qui se trouvent généralement dans la fiche technique ou la fiche technique du produit fournie par le fabricant. Les principales informations que vous devez rechercher comprennent :
-Capacité actuelle maximale :Cette charge supérieure est la charge de courant maximale que le SSR peut transmettre en toute sécurité, généralement exprimée en ampères (A).
Résistance à l'état passant ou résistance thermique interne :Cela représente la valeur de résistance du SSR à l'état activé (fermé), généralement exprimée en ohms (Ω).
Et puis vous pouvez calculer la chaleur générée par les relais statiques. Vous pouvez utiliser la formule simple ci-dessous :
-Consommation électrique= Chaleur (watts)=I² x R
I est le courant à pleine charge ou le courant à pleine charge circulant à travers le SSR (en ampères).
R est l'unité de résistance interne du SSR (ohms).
Cette formule est basée sur la loi d'Ohm et calcule la chaleur générée par le courant circulant dans l'air et le SSR. Cette chaleur doit être dissipée efficacement par le flux d'air et le dissipateur thermique pour maintenir le ventilateur et le relais statique à une température de fonctionnement sûre.
Résistance thermique du dissipateur thermique
L'évaluation des exigences de résistance thermique est une étape critique dans la conception d'un système de refroidissement afin de garantir que le dissipateur thermique peut transférer efficacement la chaleur du relais statique vers l'environnement environnant et la maintenir dans une plage de température de fonctionnement sûre et fiable. Voici les étapes et calculs de base pour évaluer les besoins en résistance thermique :
-Déterminer la température maximale de fonctionnement
Tout d’abord, la température de fonctionnement maximale autorisée de la surface de montage des relais statiques doit être déterminée. Ceci est généralement fourni par le fabricant et se trouve dans les spécifications techniques du produit. Selon notre expérience en solutions thermiques, nous recommandons que la température maximale de la surface métallique du relais statique ne dépasse pas 70 degrés (158 degrés F). Si la température dépasse 70 degrés, le SSR risque de ne pas s'arrêter et éventuellement d'être endommagé. Les températures élevées peuvent également raccourcir la durée de vie ou endommager d'autres composants dans la même boîte.
Déterminer la température ambiante
-Applications intérieures :La température interne de l'environnement intérieur est généralement relativement stable, mais peut être affectée par la chaleur générée par la climatisation, le chauffage et le fonctionnement des équipements intérieurs. Par exemple, la température ambiante dans les bureaux et les centres de données est généralement contrôlée par des systèmes de climatisation, entre 20 et 25 degrés. Les dissipateurs thermiques des relais statiques doivent être conçus pour tenir compte de cet environnement stable mais relativement chaud.
-Environnement industriel particulier :Dans des environnements industriels particuliers, tels que les raffineries, les usines chimiques ou d'autres sites industriels à haute température, les radiateurs doivent non seulement faire face à des températures ambiantes élevées, mais également tenir compte de l'impact des gaz ou liquides potentiellement corrosifs.
Hausse de température
Le calcul de l'augmentation de température (ΔT) est une étape critique dans la détermination des exigences du système de refroidissement afin de garantir que les relais statiques peuvent fonctionner à une température sûre. Ce calcul aide les concepteurs à évaluer la quantité de chaleur que le dissipateur thermique doit éliminer du relais statique pour éviter une surchauffe. Voici une explication détaillée de la façon d'effectuer ce calcul :
-Déterminer la température maximale de fonctionnement :Tout d’abord, vous devez connaître la température de fonctionnement maximale sûre du relais statique, qui est généralement fournie par le fabricant. Supposons que cette température soit (Tmax).
-Évaluer la température ambiante :Ensuite, évaluez la température ambiante à laquelle la température de jonction du SSR devrait fonctionner (Te). Cette température dépend de l'application et du lieu géographique d'installation, comme mentionné précédemment.
Calculez l’augmentation de température :Enfin, utilisez la température de fonctionnement maximale de l'unité SSR+ installée moins la température ambiante pour calculer l'augmentation de température maximale dont votre système de refroidissement aura besoin pour gérer la pleine charge installée (ΔT).
Et nous avons conclu queΔT=Tmax - Te
LeΔT joue un rôle crucial dans le choix de la taille du dissipateur thermique, du choix des matériaux, de l'installation et de la demande éventuelle de ventilateurs ou d'autres accessoires de refroidissement. En outre, ce calcul aide également les concepteurs de dissipateurs thermiques à envisager de réserver une certaine marge de sécurité pour faire face à des augmentations soudaines de la température ambiante ou à des conditions de surcharge inattendues des alimentations électriques du relais statique afin de garantir un fonctionnement stable à long terme du système.
Calculer les exigences de résistance thermique
La faible résistance thermique garantit que le dissipateur thermique peut éliminer efficacement la chaleur du relais statique et le maintenir à une température de fonctionnement sûre. La formule de calcul de la résistance thermique est la suivante :
R th=ΔT/P
1, (Rth) est la résistance thermique requise en degrés /W (Celsius par Watt).
2, ΔT est l'augmentation maximale de la température du SSR, qui est la température de fonctionnement maximale du relais à semi-conducteurs moins la température de fonctionnement en (degré)
3, P représente la chaleur générée par le SSR, mesurée en W(Watts).
Grâce aux exigences de résistance thermique calculées, le concepteur peut évaluer si un dissipateur thermique existant répondra aux exigences ou concevoir un nouveau dissipateur thermique pour atteindre le montant de transfert thermique cible. Si la valeur de résistance thermique calculée est trop élevée, vous devrez peut-être envisager d'augmenter la taille du dissipateur thermique ou d'ajouter des mesures de refroidissement supplémentaires (telles que des ventilateurs, des caloducs, etc.) pour améliorer l'efficacité de dissipation du dissipateur thermique.
Choisissez les bons dissipateurs thermiques en aluminium pour vos relais statiques
En fonction du calcul final que vous avez fourni, vous pouvez choisir le format personnalisédissipateur thermique SSR de haute qualitépour votre entreprise. Voici quelques données cruciales pour décider de la personnalisation des différentes méthodes de refroidissement
Lorsque vous décidez d'utiliser un système de refroidissement actif ou passif, il est essentiel de prendre en compte la résistance thermique (Rth), la température de fonctionnement (T) et la puissance produite (P) du relais statique.
1. Exigences de puissance élevée, de température élevée et de faible résistance thermique
Situation: The solid state relay generates high power (>100W), has a high operating temperature range (>85 degrés), et nécessite une faible résistance thermique (<1°C/W).
Solution de refroidissement recommandée : refroidissement actif par air. Dans ce cas, il est difficile d’évacuer efficacement la chaleur du relais statique en s’appuyant uniquement sur le refroidissement passif. Les systèmes de refroidissement par ventilateur ou par liquide sont recommandés pour les besoins de refroidissement élevés.
2. Exigences moyennes de puissance, de température moyenne et de résistance thermique moyenne
Scénario : Le dispositif de relais statique génère une puissance modérée (10 W à 100 W), a une plage de températures de fonctionnement modérée (60 degrés à 85 degrés) et nécessite une résistance thermique modérée (1 degré/W à 5 degrés/W).
Solution de refroidissement recommandée : refroidissement passif ou refroidissement actif doux. Dans ce cas, un dissipateur thermique à haut rendement peut suffire, mais l'ajout d'un petit ventilateur peut offrir des avantages de refroidissement supplémentaires dans certains cas, en particulier dans les environnements où la circulation de l'air est restreinte.
3. Faible puissance, basse température et tolérance de résistance thermique élevée
Scénario : le relais statique génère une faible puissance (<10W), has a low operating temperature range (<60°C), and can tolerate high thermal resistance (>5 degrés /W).
Solution de refroidissement recommandée : refroidissement passif. Dans ce cas, l'installation d'un simple dissipateur thermique suffit généralement à maintenir le relais statique à une température de fonctionnement sûre, sans qu'il soit nécessaire d'installer des ventilateurs ou des systèmes de refroidissement liquide supplémentaires.
Conception détaillée du dissipateur thermique à relais statique
Après avoir déterminé la solution thermique consistant à choisir un dissipateur thermique à relais statique avec d'autres accessoires. Vous devez équilibrer les besoins de refroidissement avec les limitations de l'espace d'installation lors de la conception de la taille et de la forme du dissipateur thermique du relais statique.
-Épaisseur des ailerons
L'épaisseur des ailettes d'un dissipateur thermique notammentdissipateur thermique SSR extrudéest une considération complexe qui est influencée par de nombreux facteurs. Le premier est la conductivité thermique du métal dans le matériau. Il ne fait aucun doute que le cuivre peut offrir de meilleures performances de dissipation thermique que l’aluminium, mais son coût est 2 fois plus élevé que l’aluminium. L'avantage de l'alliage d'aluminium est son faible coût, même si des ailettes en acier plus épaisses sont nécessaires pour obtenir les performances de dissipation thermique appropriées de l'alliage de cuivre.
Mais un autre point à considérer est que les dissipateurs thermiques à relais statiques sont des produits avec une longue durée de vie, en particulier pour certaines grandes machines d'usine, ce qui signifie que des ailettes épaisses peuvent fournir une meilleure résistance mécanique.
-Espacement des ailerons
L'espacement entre les ailettes, également appelé espacement des ailettes, est un facteur clé pour déterminer l'efficacité du transfert de chaleur d'un radiateur. Le maintien d’un espacement approprié est essentiel pour assurer une circulation d’air adéquate, que ce soit par convection naturelle ou forcée, essentielle à une dissipation efficace de la chaleur.
Si la distance entre les ailettes est trop étroite, cela affectera la circulation de l'air ; au contraire, notez que si la distance entre les ailettes est trop grande, l'efficacité de dissipation thermique ne sera pas bonne et l'espace augmentera inévitablement. Tu peuxcontactez l'ingénieur Kaixin Aluminiumpour vous donner des conseils techniques basés sur le calcul fondamental des dimensions et des exigences.
-Forme d'aileron
Les formes d’ailerons peuvent généralement appartenir à une seule catégorie : les ailerons à plaques et les ailerons à broches. Les ailettes en plaque sont des structures minces et parallèles s'étendant à partir de la base de l'ailette pour offrir une certaine protection et une grande surface de transfert de chaleur. À juste titre, une lame de tube d’aiguille est un objet condensé ou allongé qui s’étend de la base et est conçu pour améliorer la protection et la circulation de l’air.
Dans les environnements de pointe hautement directionnels avec convection forcée, les ailettes en plaque fonctionnent souvent mieux avec des guides plus grands retirés et une forme plus profilée. Cette forme aide à guider plus efficacement le flux d’air sur la surface des ailettes, améliorant ainsi l’efficacité du transfert de chaleur. Cependant, dans le cas d’un flux d’air multidirectionnel, les ailettes à broches présentent des performances supérieures car elles sont mieux capables de s’adapter aux changements de direction du flux de fluide.
Il convient particulièrement de noter que dans l'environnement attendu, tel qu'une scène d'usine remplie de ciel, les ailettes à broches présentent des avantages par rapport aux ailettes à plaques. En raison de leur forme plus allongée, les ailettes des broches sont facilement capturées ou obstruées et sont plus faciles à nettoyer. Cela fait des ailettes à broches un choix plus fiable et plus pratique dans les environnements qui nécessitent un fonctionnement stable à long terme, en particulier lorsqu'un entretien ou un nettoyage régulier est requis.
-Hauteur des ailerons
La hauteur des ailettes est en effet un facteur important affectant l’efficacité du transfert thermique du radiateur. Il existe des avantages potentiels à augmenter la hauteur des ailerons. L'augmentation de la hauteur des ailettes permet d'obtenir plus de surface, améliorant ainsi l'échange thermique avec le milieu environnant (généralement l'air). Cela contribue à améliorer l’efficacité du transfert de chaleur, surtout si la chaleur est dissipée par convection naturelle. Dans le même temps, une hauteur d'ailette suffisante garantit la stabilité structurelle sous l'influence du débit de fluide et des changements de température.
Cependant, une hauteur trop élevée présente également certains inconvénients, le plus critique étant l’espace limité. Par conséquent, vous devez prendre en compte la hauteur des ailettes et les facteurs ci-dessus pour obtenir une efficacité de dissipation thermique maximale.
Lorsque vous avez obtenu la plupart des données pour votre dissipateur thermique SSR personnalisé, vous pouvez alors utiliser la simulation CFD pour analyser si le dissipateur thermique se trouve dans une installation appropriée. Cliquez pouren savoir plus sur la simulation CFD pour personnaliser votre solution thermique.
Partie 3 : Quelques conseils qui améliorent encore le dissipateur thermique à relais statique
Si vous souhaitez améliorer encore les performances de votre dissipateur thermique même s'il a fait un gros effort pour dissiper la chaleur. Kaixin Aluminium suggère d'ajouter quelques accessoires à un dissipateur thermique approprié pour y parvenir.
-Personnaliser le dissipateur thermique avec traitement de surface
Outre la fabrication de dissipateurs thermiques à relais statiques, Kaixin Aluminium est heureux de fournir divers traitements de surface pour votre dissipateur thermique personnalisé si vous en avez besoin, notamment l'anodisation, le revêtement en poudre, le sablage, la galvanoplastie, etc. Cliquez ici pouren savoir plus sur les traitements de surface.
-Pâte thermique:
L'application de graisse thermique (également connue sous le nom de pâte thermique) entre l'unité de relais statique et l'unité de dissipateur thermique peut contribuer à augmenter la conductivité thermique entre les deux surfaces montées. Cela réduit la résistance thermique à l'interface, permettant un transfert de chaleur plus efficace.
-Coussin thermique :
Les coussinets thermiques sont une autre option pour améliorer le transfert de chaleur entre le relais statique et le dissipateur thermique. Fabriqués dans un matériau thermiquement conducteur, ces coussinets s'adaptent aux irrégularités de la surface, comblant les espaces d'air et améliorant le contact thermique. Ils sont faciles à installer et peuvent constituer une bonne alternative à la pâte thermique dans certaines applications.
-Pression d'installation appropriée :
Il est essentiel de s'assurer qu'il y a une pression suffisante et uniforme lorsque le relais statique est monté sur le dissipateur thermique. Une pression de montage appropriée permet de maximiser la zone de contact entre le relais statique monté et le dissipateur thermique en utilisant davantage de vis de montage, favorisant ainsi un transfert de chaleur efficace. Cependant, évitez toute pression excessive pour éviter d'endommager le relais statique.