ספקי כוח ממותגים עם קירור היברידי בהולכה והסעה

יישומים אלקטרוניים מייצרים חום שכאשר הוא גבוה מדי הוא יכול להפחית את הנצילות, לקצר את תוחלת החיים של רכיבים, ואפילו להוביל לכשל תרמי. ספקי כוח מבוססי-מאווררים מועדפים עבור יישומים רבים, אך לא עבור אלה שבהם הנצילות, שקט וביצועים אמינים הם בעלי חשיבות עליונה.

שיטות קירור שונות משמשות לשמירה על טמפרטורות פעולה אופטימליות, כל אחת עם הפשרות שלה. ספקי כוח מסורתיים מסתמכים על קירור אוויר מאולץ, המשתמש במאווררים כדי להעביר אוויר באופן אקטיבי על פני רכיבים מייצרי חום, או קירור הסעה פסיבי, המסתמך על צלעות-קירור וזרימת אוויר לפיזור החום. אפשרויות אחרות כוללות קירור בהולכה וקירור עם נוזל.

TRACO Power‏ מציעה סדרה של פתרונות הספקת-כוח ללא-מאוורר עבור יישומי תעשייה, רפואיה וטלקום. סדרת TCI‏ של החברה מאפשרת ניהול תרמי משופר המפחית את הפסדי האנרגיה הקשורים לחום ומשפר את אמינות המערכת עבור פעולה רצופה. הם מעניקים פתרון הספקת-כוח עם קירור בהולכה באמצעות לוח בסיס מתאים, עם האפשרות להשתמש בקירור בהסעה כמו גם בקירור עם אוויר מאולץ, ההופכים אותם לוורסאטיליים ביותר עבור מגוון של יישומים.

סיווג האפשרויות

כל שיטת קירור מציגה פשרות בנצילות, גודל, עלות ואמינות. בעת תכנון מערכות קירור לאלקטרוניקה, מתכנני המוצר צריכים לשקול:

• דרישות פיזור ההספק
• מגבלות המקום
• הצורך באמינות
• עלות ומורכבות

על ידי בחירת אסטרטגיית הקירור המתאימה, המתכננים יכולים לשפר את הנצילות, האמינות והביצועים במגוון של יישומי אלקטרוניקה. אלו הן שיטות הקירור הטיפוסיות שיש להביא בחשבון בפיתוח יישומים:

• הסעה: קירור בהסעה מסתמך על התנועה הטבעית של האוויר החם העולה המוחלף באוויר קר יותר, ומאפשר פיזור חום ללא כל רכיבים פעילים. זהו פתרון זול ואמין אך מוגבל ביעילותו, במיוחד בחללים סגורים שבהם זרימת האוויר מוגבלת. קירור בהסעה פסיבי מעניק אמינות גבוהה אך אינו מתאים עבור יישומים בעלי הספק גבוה המייצרים חום משמעותי.
• אוויר מאולץ: קירור אוויר מאולץ משתמש במאווררים כדי להעביר אוויר באופן אקטיבי על פני רכיבים המייצרים חום עבור שיפור פיזור החום. שיטה זו משמשת בדרך כלל בספקי כוח תעשייתיים, מערכות מחשוב ואלקטרוניקה בהספק גבוה. מאווררים צורכים הספק ומכניסים רעש ונקודות כשל פוטנציאליות, אך הם מונעים למעשה התחממות-יתר ותנודות תרמיות כדי לשמור על יציבות המערכת בסביבות תובעניות.
• צלעות קירור: גופי קירור משתמשים בהולכה תרמית כדי להעביר חום מהרכיבים לשטח פנים גדול יותר המאפשר לחום להתפזר לאוויר שמסביב. מרבית צלעות-הקירור כוללות תכנים עם סנפירים כדי למקסם את שטח הפנים, תוך שיפור הקירור באמצעות הסעה טבעית או מאולצת. בעוד שצלעות-קירור בעלות פרופיל דק קיימות עבור יישומים קומפקטיים, צלעות-קירור גדולות יותר נדרשות בדרך כלל עבור פיזור הספק גבוה.
• לוחיות קרות: לוחיות קרות משתמשות בלוח בסיס מתכתי עבה כדי להעביר חום מהרכיב ולפזר אותו על פני שטח גדול יותר.  
• קירור עם נוזל: קירור עם נוזל תלוי במערכת חוג-סגור שבה נוזל הקירור סופג חום מהרכיבים ומעביר אותו לרדיאטור או למחליף חום עבור פיזור החום. שיטה זו משמשת בדרך כלל ביישומים בעלי הספק גבוה כגון תעופה וחלל, רכב ומחשוב בעל ביצועים גבוהים, שבהם מאווררים וצלעות-קירור בלבד אינם מספיקים. עם זאת, קירור עם נוזל דורש הנדסה, מורכבות ותחזוקה נוספים.
• תרכובות תרמיות: תרכובות תרמיות, כגון משחה תרמית או גריז, מפחיתות את ההתנגדות התרמית בין רכיבים אלקטרוניים לבין משטחי הקירור אך אינן מפזרות חום בעצמן. על ידי מילוי מרווחי אוויר מיקרוסקופיים, תרכובות אלו משפרות את יעילות העברת החום, ומבטיחות שצלעות-קירור, לוחיות קרות או מפזרי חום יכולים לתפקד ביעילות. כמה תרכובות תרמיות משמשות גם כדבקים להצמדת פתרונות הקירור ללא מחברים מכניים.

התכן ההיברידי של TRACO Power

סדרת TCI של TRACO Power של ספקי כוח ממותגים משתמשת בתכן מארז היברידי התומך בקירור הן בהסעה והן בהולכה (איור 1), והופך אותה לוורסאטילית ביותר עבור אסטרטגיות ניהול תרמי שונות.

איור 1: תכן המארז ההיברידי של TRACO Power מעניק למתכננים אפשרויות קירור בהולכה ובהסעה. (מקור התמונה: TRACO Power)

עבור קירור בהולכה, מעטפת המתכת מבטיחה העברת חום יעילה ללוחית-בסיס, צלעות-קירור קירור או שלדה המאפשרים פיזור פסיבי של חום. זו עשויה להיות גישה מועדפת עבור מארזים אטומים שבהם זרימת אוויר מאולצת באמצעות מאווררים אינה מעשית או אפשרית.

הרכיבים הפנימיים שבתוך המארז הסגור מחוברים תרמית, וכך פיזור החום ממוטב ומאפשר הסעה טבעית להסרת עודפי חום. בהרכבה באוויר הפתוח, התכן ההיברידי עדיין מאפשר במקרים רבים קירור פסיבי ללא צורך בצלעות-קירור נוספות.

סדרת TCI מציעה יכולות תרמיות מעולות הודות לשילוב התכונות הטובות ביותר של סוגי מארזי הולכה והסעה. התכן יכול לייצר רמות הספק גבוהות יותר משמעותית ללא צורך במאוורר ועם אותו גורם צורה כמו תכני ספקי-כוח מסורתיים. במערך מקורר בהולכה, על פי TRACO Power, סדרת TCI יכולה לספק עד 100% מהספק היציאה המקסימלי הנומינלי שלה, ההופך אותה לבחירה אידיאלית עבור מערכי יישומים ללא-מאוורר.

התכן ההיברידי של סדרת TCI מספק העברת חום אופטימלית באמצעות לוחית-בסיס מתאימה וחיבור תרמי יעיל של הרכיבים הבודדים באמצעות תרכובת מילוי מיוחדת. התרכובת המתקדמת מאפשרת לרכיבים הבודדים לפעול בשיא הנצילות, דבר שקשה להשיג עם מערכות הספקת-כוח בתכנון קונבנציונלי.

סדרת TCI תוכננה במיוחד עבור פתרונות מקוררים בהולכה הכוללים דרישות הספק של W‏ 130‏ עד W‏ 500‏ שהם שימושיים במיוחד עבור יישומים ללא-מאוורר. עם לוחית-בסיס מתאימה, הם יכולים לפעול בבטחה עד 100% מההספק הנומינלי שלהם.

ה-TCI 130-124-J‏ W‏ 130‏ (איור 2) הוא ספק כוח AC/DC במארז סגור ומקורר-בהולכה עם התנהגות קירור טמפרטורה מצוינת ועקבית תוך מקסום הנצילות. עם נצילות מרשימה של 92%, היחידה היא בעלת תחום טמפרטורות פעולה של C‏°‏30‏- עד C‏°‏50‏+ ללא ירידת הערך הנומינלי (Derating‏), ועד C‏°‏80‏+ עם הורדת העומס הנומינלי או קירור מאולץ. תחום טמפרטורות האחסון שלה הוא 30°C- עד 80°C+‏ ומידותיה הן 80 מ"מ x‏ 59.7 מ"מ x‏ 43.2 מ"מ (3.15 אינץ' x‏ 2.35 אינץ' x‏ 1.7 אינץ').

איור 2: ה-TCI 130-124-J של TRACO Power היא יחידת AC/DC מקוררת בהולכה של W‏ 130‏. (מקור התמונה: TRACO Power)

ה-TCI 240-112-J‏ W‏ 240‏ (איור 2‏) היא בעלת אותם תחומי טמפרטורות פעולה ואחסון כמו יחידת W‏ 130‏. מידותיה הן 104 מ"מ x‏ 62.5 מ"מ x‏ 39.2 מ"מ (4.1 אינץ' x‏ 2.46 אינץ' x‏ 1.54 אינץ'). שתי הסדרות TCI 130‏ ו-TCI 240‏ מגיעות באופן סטנדרטי במארזים סגורים ממתכת ומציעות יציאה של %‏100‏ ללא צורך במאוורר כאשר הן מורכבות על לוחית-בסיס או שלדת מתכת.

איור 3‏: ה-TCI 240-112-J‏ של TRACO Power‏ - כאשר הן מורכבות על לוחית-בסיס או שלדת מתכת - מציעות יציאה של %‏100‏ ללא צורך במאוורר. (מקור התמונה: TRACO Power‏

ה-TCI 500U-124U-T‏ הנתון במארז ערוץ-U (איור 3) יכול לספק עד 90% מהספק היציאה המקסימלי ללא צורך במאוורר. הוא בעל אותו תחום טמפרטורות פעולה כמו סדרות TCI 130‏ ו-TCI 240‏ ותחום טמפרטורות אחסון של 30°C- עד 85°C+. מידותיה הן 130 מ"מ x‏ 83 מ"מ x‏ 40 מ"מ (אורך 5.12 אינץ' x‏ רוחב 3.27 אינץ' x‏ 1.57 אינץ'). היא כוללת גם בקרת הדלקה/כיבוי מרחוק עבור שילוב במערכות ניהול הספקת-כוח אוטומטיות וכניסות חישה מרחוק כדי לפצות על נפילות מתח באורכי כבלים ארוכים.

איור 4: ל-TCI 500-124U-T‏ יש מתח יציאה של VDC‏ 24‏ עם נצילות של 91%. (מקור התמונה: TRACO Power)

מאפיינים תרמיים וחשמליים עקביים בכל סדרת ה-TCI מאפשרים אינטגרציה חלקה בין מוצרים ויכולת מדרגיות, המאפשרות למתכנני מוצרים להתחיל עם תכני הספק נמוך יותר ולעלות להספק גבוה יותר לפי הצורך. כל שלושת דירוגי ההספק עומדים בתקני תאימות אלקטרומגנטית (EMC) ובידוד מחמירים עבור תעשיות תחת רגולציה.

סיכום

ספקי-כוח ממותגים מקוררים-בהולכה ללא-מאוורר מבטיחים פעולה שקטה, אמינות משופרת וניהול תרמי משופר ביישומי תעשייה, רפואה וטלקום. TRACO Power מציעה שלושה דירוגי הספק בסדרת ה-TCI שלה המעניקים מידרגיות הספק, גורמי צורה קומפקטיים ותחומי טמפרטורות פעולה רחבים. ספקי כוח אלה משתלבים בצורה חלקה במארזים סגורים ואטומים ומוגבלי-מקום, ומעניקים נצילות גבוהה ופיזור חום עבור ניהול הספקת-כוח בסביבות תובעניות.