空气冷却与液体冷却:
电力电子热管理的进展
电力电子热管理的进展
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随着电力电子系统变得越来越复杂，在更高的功率范围内运行，形式因素变得越来越小，使热量成为最大的限制因素之一，可以完成什么。为了处理耗散的能量，空气冷却解决方案必须优化和扩大，以充分消除多余的热量。在某些情况下，尺寸成为强制对流解决方案的限制因素。在这些情况下，空气冷却系统的大小或重量使其不切实际，液体冷却很快成为最流行的替代方法。
从空气冷却系统转换为液体不是迅速或轻微的决定;在改善热管理时需要考虑许多因素和可能性，以处理更高的热负荷。虽然市场趋势表明，全液体冷却系统最终将是冷却电力电子产品的行业标准，但有许多选项和混合解决方案可以应用于您的系统演变或升级的益处。如果预算或时间线束使得直接切换到液体是不现实的，通过设计改进或通过引入两相冷却或液体组件来优化强制对流解决方案是可行的临时解决方案。
工程师们一直在开发液体系统这是互补的现有空气冷却解决方案，可以扩展到完全取代空气冷却系统随着时间的推移。这是通过关注电子设备来实现的，这些设备可以通过液体冷却获得直接的好处。该系统利用流体联轴器、可靠的泵系统和紧凑的热交换器，将热量从空气中转移到液体中，并在其他地方进行管理。在其他情况下，工程师们选择完全替换他们的空气冷却系统为液体冷却，以立即实现更高的功率输出和优化热性能。
为了提高电力电子设备和设施的性能，考虑切换到液体冷却，有几个关键的决定因素:
•您的尺寸、重量和热性能要求是什么?
•您能进一步优化您的风冷系统吗?
•空气冷却系统将更长时间为您的应用是可行的热解吗？
•液体或容量是否有任何限制?
•液体冷却的投资需要多长时间才能在性能和效率上获得回报?
•如何在您的应用程序中实施或设计液体冷却？什么将是对申请/设施的影响？
•你如何以及何时开始工作?
空气冷却效益
空气冷却系统比液体系统便宜得多。它们不需要调节或专门的流体，它们由更少的组件组成，比液体系统的组件更经济。由于没有液体泄漏和更少的部件，它们也有更少的故障模式。空冷系统除了具有更高的可靠性和更低的成本外，也更容易修改或升级。
空气冷却的限制
在典型的应用中，空气冷却系统包括挤压器粘合翅片散热器，通常是风扇。当可靠性是重要的时，工程师可以放弃风扇，而是选择被动解决方案。
自然对流和强制对流都有其局限性。自然对流受到散热所需的总表面积的限制，这就需要通常不切实际的大而重的解决方案。
强制对流解决方案受到压降的限制。散热片在可行的体积中，大的表面积会产生很大的空气阻力，阻碍流量，从而阻碍风扇所能产生的传热。更大的强制对流解决方案也需要更大或更多的风扇，增加了数量的噪声产生的解决方案。
然而，风冷解决方案的最大限制是热性能。空气不像液体那样具有吸收和传递热量的能力。在一定的阈值，空气冷却成为一个不够的解决方案，而液体冷却是必要的。
风冷改造和混合解决方案
有三种常见的方法来改善你的风冷系统。首先是优化您的散热片设计和风扇选择。产生更多的空气流量，优化你的鳍几何，或增加你的散热器体积是改善你的空气冷却解决方案，而不引入额外的技术。第二是在你的设计中引入两相冷却。热管道可以集成以传播更高的功率密度或将热量转移到更容易消散的区域。提高空冷解决方案性能的第三种最常见的方法是开始引入液体系统的元素，如被动热虹吸管。
液体冷却的功效
液体的传热能力比同样质量的空气的传热能力高4倍。这可以在较小的解决方案中实现更高的热性能。液体冷却系统是一个液压回路，通常由一个与热源和设备连接的冷板、一个使液体在系统中循环的泵和一个热交换器组成，热交换器将液体从设备中吸收的热量排出。与用于空气冷却的散热器相比，液冷板的工作外壳要小得多。此外，多个冷板可以连接到同一换热器，对性能的影响最小。液体冷却赋予冷却系统一个额外的控制水平，因为它控制入口温度到冷板和流量。
液体冷却的潜在风险和贸易
由于额外的复杂性和担心泄漏，有些人一直不愿采用液体冷却。复杂性通常会增加解决方案的成本和维持系统运行所需的维护量。然而，额外的成本被降低，因为改进的冷却性能将增加您的设备的寿命和可靠性。
由于它的复杂性，液体冷却需要更好的规划和设计，以纳入您的电力电子。尽管冷板比挤压或散热器要小得多，但是一旦将热交换器、管道、储层和泵都考虑在内，整体解决方案往往会占用更多的体积。在最初的设计阶段，工程师必须考虑到所有这些因素，以避免以后出现复杂情况。如果有适当的预见，系统的复杂性是有益的，因为在系统设计中有更多的灵活性。
液体冷却解决方案
的AAVID Hydrosink™
的Aavid HydroSink™系统是一种可配置的方法，可将Astandard一套优化的热交换器，风扇，泵，阀门，储存器，配件，传感器和控制板组合，采用定制冷板设计最可获得最可能的液体冷却解决方案。
加氢电池™与标准的液体冷却系统相比，提供更灵活的设计和安装，因为它们是可配置的，更容易适应设计要求。密封和连接的液体冷板，控制板，和客户机器控制内的外壳也可定制。
作为Aavid HydroSinks™主要由一套标准优化组成，它们比传统的定制流动冷却更具成本效益及其空气冷却的对应物。
目前Aavid Hydrosink™有两个基本的紧凑型系统尺寸，中小型和中型。实际尺寸的Final Subper Hydrosink™系统因配置而异。尺寸取决于风扇的大小和冷却性能。小功率每千瓦升温7-20°C，而介质每千瓦升温3-9°C。
avid液冷板
定制的Aavid液冷板是水沉的一个组成部分™系统。avid提供四种不同的，创新的旧板设计，以优化整个系统基于应用和需求。所有avid冷板均采用专业认证程序构建，以确保无泄漏、可靠的解决方案。
Hi-Contact™管冷板
Aavid Hi-Contact™管液冷板采用高性能，利用连续管压配合到挤出铝板中。用于AAVID HI-CONTACT的专利几何体™处理移动液更靠近器件的热量，从而实现从管冷板上的最佳热能。进一步提高亚拉维德的Hi-Contact性能™液体冷板，将热环氧树脂施加到接头，在管和板之间提供间隙的间隙热界面。Hi-Contact™板材易于定制，并提供标准尺寸。
泡冷却板
吸塑技术印槽进入底板，消除槽加工，大大降低制造成本。在底座、盖板和泡罩通道之间创建了一个无泄漏的连接，允许在冷板上部钻安装孔时具有更大的灵活性，而无需考虑液体通道的位置。
涡流液体冷板
Aavid Vortex液体冷板设计用于冷却极高的电动效力。最初为可以应用诸如冷却SCR型器件时施加的应用的应用，这些冷板是用于施加抗压载荷的应用。采用专利的流动路径几何形状，涡流液体冷板的两侧均为不方面的冷却;因此，它们可以提供平等且一致的性能，并为自己提供更多预测环境。
延伸表面液态冷板
Aavid延伸表面液体冷板具有增加的内表面区域，允许更好的整体传热。创新的技术和制造方法用于将液体冷板增加液体到板触点。它们的真空钎焊施工确保了保持高导热性的泄漏。AAVID延伸的表面冷水板是专门制造的，以改善设计灵活性，可容易地定制用于应用设计的优化流动路径。
最终的想法
有效设计液体冷却和优化风冷系统的关键是在设计阶段尽可能早地考虑热管理。avid提供设计、工程和测试服务，可以在任何阶段提供服务，并根据需求、约束、时间表、预算和任何其他关键因素开发出可能的最佳解决方案。
在世界各地设有设计中心，avid可以为任何客户提供必要的工程服务，以设计和制造一个完全优化的系统。从分析是否需要液体冷却或空气冷却，到开发优化的集成系统，再到整个设备的可靠性和验证测试，工程师都可以参与各个阶段的工作。
要求免费咨询您当前的冷却解决方案或帮助找到正确的热解决方案，您的电力电子应用程序点击这里。