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Raffreddamento aria vs liquido: progressi nella gestione termica per l'elettronica di potenza

Panoramica

Negli ultimi decenni, i settori dell'elettricità e dell'energia risultano essere le due industrie in più rapida crescita per quanto riguarda l'elettronica. La conversione, l'inversione e la rettificazione di potenza, così come le tecnologie della batterie e delle pile a combustibile, sono diventate parti integrali della crescita tecnologica in tutti i settori industriali.

Poiché i sistemi elettronici diventano sempre più complessi e necessitano di campi di potenza sempre più elevati, i fattori di forma diventano sempre più piccoli, rendendo il calore uno dei maggiori limiti alle possibilità produttive. Per gestire la quantità di energia dissipata, le soluzioni di raffreddamento ad aria devono essere ottimizzate e ampliate per rimuovere adeguatamente il calore in eccesso. In alcuni casi, le dimensioni diventano un fattore limitante per le soluzioni di convezione forzata. In questi casi in cui le dimensioni o il peso di un sistema di raffreddamento ad aria ne rendono poco pratica l'installazione, il raffreddamento a liquido sta diventando il metodo alternativo più diffuso.

Il passaggio da un sistema raffreddato ad aria a uno raffreddato a liquido non è una decisione che possa essere presa velocemente o alla leggera; ci sono molti fattori e possibilità da considerare per consentire alla gestione termica di far fronte a carichi di calore più intensi. Sebbene le tendenze del mercato indichino che il raffreddamento completamente a liquido diventerà lo standard industriale per il raffreddamento dell'elettronica di potenza, sono disponibili molte opzioni e soluzioni ibride che riescono a fornire i benefici di entrambe le tipologie mentre si procede allo sviluppo o aggiornamento del proprio sistema. Nel caso in cui i limiti legati ai bilanci preventivi o alle scadenze di produzione siano tali da non consentire il passaggio a un sistema di raffreddamento a liquido, l'ottimizzazione della convezione forzata attraverso miglioramenti del design o attraverso l'introduzione del raffreddamento bifase o di componenti liquidi, rappresenta una valida soluzione provvisoria.

Gli ingegneri hanno sviluppato sistemi liquidi complementari alle soluzioni esistenti raffreddate ad aria che possono essere espanse per sostituire completamente i sistemi raffreddati ad aria nel tempo. Questo viene fatto concentrandosi sui dispositivi elettronici che possono ottenere beneficio immediato con raffreddamento liquido. Utilizzando accoppiamenti di liquidi, sistemi di pompaggio affidabili e scambiatori di calore compatti, il sistema rimuove il calore dal flusso d'aria al liquido dove viene trasferito e gestito altrove. In altri casi, gli ingegneri scelgono di sostituire completamente i loro sistemi raffreddati ad aria con raffreddati a liquido per consentire immediatamente uscite di potenza più elevate e ottimizzare le prestazioni termiche.

Quando si considera il passaggio al raffreddamento a liquido per migliorare le prestazioni dei dispositivi e delle strutture di elettronica di potenza, esistono diversi fattori determinanti fondamentali:

  • Quali sono l'altezza, il peso e i requisiti termici richiesti?
  • È possibile ottimizzare ulteriormente l'attuale sistema di raffreddamento ad aria?
  • Per quanto tempo ancora un sistema di raffreddamento ad aria sarà una soluzione termica praticabile per la propria applicazione?
  • Ci sono limiti alla disponibilità di volume o di liquidi?
  • Quanto tempo ci vorrà per realizzare un ritorno sull'investimento nel raffreddamento a liquido in termini di prestazioni ed efficienza?
  • Come può essere implementato o progettato il raffreddamento a liquido nella propria applicazione? Quale sarà l'effetto che subirà la tua applicazione/il tuo impianto considerando i tempi di fermo?
  • Come e quando sarà avviato il processo?

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