Fontes de alimentação chaveadas com resfriamento híbrido por condução e convecção

As aplicações eletrônicas geram calor que, quando excessivo, pode reduzir a eficiência, reduzir a vida útil dos componentes e até mesmo levar à falha térmica. As fontes de alimentação baseadas em ventoinhas são preferidas para muitas aplicações, mas não para aquelas em que a eficiência, o silêncio e o desempenho confiável são fundamentais.

Vários métodos de resfriamento são usados para manter as temperaturas operacionais ideais, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. As fontes de alimentação tradicionais dependem do resfriamento forçado à ar, que utiliza ventoinhas para mover ativamente o ar através dos componentes geradores de calor, ou do resfriamento por convecção passiva, que depende dos dissipadores térmicos e do fluxo de ar para dissipar o calor. Outras opções incluem o resfriamento por condução e o resfriamento líquido.

A TRACO Power oferece uma série de soluções de alimentação sem ventoinha para aplicações industriais, médicas e de telecomunicações. A série TCI da empresa permite um gerenciamento térmico melhorado que reduz as perdas de energia relacionadas com o calor e melhora a confiabilidade do sistema para um funcionamento contínuo. Fornecem uma solução de energia resfriada por condução, utilizando uma placa de base adequada, com a opção de utilizar resfriamento por convecção, bem como resfriamento forçado à ar, tornando-as altamente versáteis para uma gama de aplicações.

Classificando as opções

Cada método de resfriamento apresenta vantagens e desvantagens em termos de eficiência, dimensão, custo e confiabilidade. Ao projetar sistemas de resfriamento para produtos eletrônicos, os projetistas de produtos devem ter em conta:

• Requisitos de dissipação de potência
• Limitações de espaço
• Necessidades de confiabilidade
• Custo e complexidade

Ao selecionar a estratégia adequada de resfriamento, os projetistas podem melhorar a eficiência, a confiabilidade e o desempenho em várias aplicações eletrônicas. Estes são os métodos típicos de resfriamento que devem ser considerados no desenvolvimento das aplicações:

• Convecção: O resfriamento por convecção baseia-se no movimento natural do ar quente ascendente que é substituído por ar mais frio, permitindo a dissipação do calor sem quaisquer componentes ativos. É de baixo custo e confiável, mas de eficácia limitada, especialmente em espaços fechados onde o fluxo de ar é restrito. O resfriamento por convecção passiva proporciona uma elevada confiabilidade, mas não é adequado para aplicações de alta potência que geram calor significativo.
• Forçado à ar: O resfriamento forçado à ar utiliza ventoinhas para mover ativamente o ar através dos componentes geradores de calor para uma melhor dissipação do calor. Este método é normalmente utilizado em fontes de alimentação industriais, sistemas de computação e eletrônica de alta potência. As ventoinhas consomem energia e introduzem ruído e potenciais pontos de falha, mas evitam eficazmente o sobreaquecimento e o estrangulamento térmico para manter a estabilidade do sistema em ambientes exigentes.
• Dissipadores de calor: Os dissipadores de calor utilizam a condução térmica para transferir o calor dos componentes para uma área de superfície maior, permitindo que o calor se dissipe para o ar circundante. A maioria dos dissipadores de calor apresenta designs com aletas para maximizar a área de superfície, melhorando o resfriamento por meio de convecção natural ou forçada. Embora existam dissipadores de calor de perfil fino para aplicações compactas, normalmente são necessários dissipadores de calor maiores para dissipação de alta potência.
• Placas frias: As placas frias utilizam uma placa de base metálica espessa para conduzir o calor para longe de um componente, distribuindo-o por uma área maior.
• Resfriamento líquido: O resfriamento líquido depende de um sistema de circuito fechado em que o líquido de arrefecimento absorve o calor dos componentes e transporta-o para um radiador ou trocador de calor para dissipação. Este método é normalmente utilizado em aplicações de alta potência, como as aplicações aeroespaciais, automotivas e de computação de alto desempenho, em que as ventoinhas e os dissipadores de calor não são suficientes. No entanto, o resfriamento líquido requer engenharia, complexidade e manutenção adicionais.
• Compostos térmicos: Os compostos térmicos, como a pasta térmica ou graxa, reduzem a resistência térmica entre os componentes eletrônicos e as superfícies de arrefecimento, mas não dissipam o calor por si só. Ao preencherem os vãos de ar microscópicos, estes compostos melhoram a eficiência da transferência de calor, assegurando que os dissipadores de calor, as placas frias ou os espalhadores de calor podem funcionar eficazmente. Alguns compostos térmicos também servem como adesivos para prender soluções de resfriamento sem fixadores mecânicos.

Projeto híbrido da TRACO Power

A série TCI de fontes de alimentação chaveadas da TRACO Power utiliza um projeto híbrido do invólucro que suporta tanto o resfriamento por convecção como por condução (Figura 1), tornando-a altamente versátil para diferentes estratégias de gerenciamento térmico.

Figura 1: O projeto híbrido do invólucro da TRACO Power oferece aos projetistas opções de resfriamento por condução e convecção. (Fonte da imagem: TRACO Power)

Para o resfriamento por condução, o invólucro metálico assegura uma transferência de calor eficiente para uma placa de base, dissipador de calor ou chassi acoplado, permitindo uma dissipação passiva do calor. Esta pode ser a abordagem preferida para gabinetes selados em que o fluxo de ar forçado através das ventoinhas não é prático ou possível.

Os componentes internos encapsulados estão conectados termicamente, o que optimiza a propagação do calor e permite que a convecção natural remova o excesso de calor. Quando montado ao ar livre, o projeto híbrido permite, em muitos casos, um resfriamento passivo sem necessidade de dissipadores de calor adicionais.

A série TCI oferece capacidades térmicas superiores, combinando as melhores caraterísticas dos tipos de invólucros de condução e convecção. Pode gerar níveis de potência significativamente mais elevados sem a necessidade de uma ventoinha no mesmo fator de forma do que os projetos de fontes de alimentação tradicionais. Numa configuração de resfriamento por condução, de acordo com a TRACO Power, a série TCI pode fornecer até 100% da sua potência de saída máxima nominal, tornando-a uma escolha ideal para configurações de aplicações sem ventoinha.

O projeto híbrido da série TCI proporciona uma transferência de calor ideal através de uma placa de base adequada e uma conexão térmica eficiente dos componentes individuais por meio de um composto especial de envase. O composto avançado permite que os componentes individuais funcionem com eficiência máxima, o que é difícil de conseguir com sistemas de alimentação de energia concebidos de forma convencional.

A série TCI foi especificamente concebida para soluções de resfriamento por condução que envolvem requisitos de potência de 130 W a 500 W, tornando-as especialmente úteis para aplicações sem ventoinha. Com uma placa de base adequada, podem funcionar em segurança até 100% da sua potência nominal.

A TCI 130-124-J (Figura 2), de 130 W, é uma fonte de alimentação CA/CC com resfriamento por condução que se concentra em oferecer um excelente comportamento de arrefecimento a temperaturas consistentes, maximizando a eficiência. Com uma eficiência impressionante de 92%, a unidade apresenta uma faixa de temperatura operacional de -30°C a +50°C sem degradação e até +80°C com degradação de carga ou resfriamento forçado. A sua faixa de temperatura de armazenamento é de -30°C a +80°C, e as suas dimensões são 80 mm x 59,7 mm x 43,2 mm (3,15" x 2,35" x 1,7").

Figura 2: A TCI 130-124-J da TRACO Power é uma unidade CA/CC de 130 W resfriada por condução. (Fonte da imagem: TRACO Power)

A TCI 240-112-J de 240 W (Figura 3) apresenta as mesmas faixas de temperatura operacional e armazenamento que a unidade de 130 W. As suas dimensões são 104 mm x 62,5 mm x 39,2 mm (4,1" x 2,46" x 1,54"). Tanto a série TCI 130 como a TCI 240 são fornecidas em encapsulamentos metálicos e oferecem 100% de saída sem necessidade de ventoinha, quando montadas num chassi ou placa de base metálicos.

Figura 3: A TCI 240-112-J da TRACO Power — quando montada num chassi ou placa de base metálica — oferece 100% de saída sem necessidade de uma ventoinha. (Fonte da imagem: TRACO Power)

A TCI 500U-124U-T (Figura 4), com um canal em U, pode fornecer até 90% da potência de saída máxima sem necessidade de uma ventoinha. Apresenta a mesma faixa de temperatura operacional que as séries TCI 130 e TCI 240 e tem uma temperatura de armazenamento de -30°C a +85°C. Tem dimensões de 130 mm x 83 mm x 40 mm (5,12" C x 3,27" L x 1,57"). Também possui controle remoto de ligar/desligar para integração em sistemas automatizados de gerenciamento de energia e entradas de deteção remota para compensar as quedas de tensão em cabos longos.

Figura 4: A TCI 500-124U-T tem uma tensão de saída de 24 VCC com uma eficiência de 91%. (Fonte da imagem: TRACO Power)

As caraterísticas térmicas e elétricas consistentes em toda a série TCI permitem uma integração perfeita entre produtos e uma escalabilidade que permite aos projetistas de produtos começarem com projetos de potência mais baixa e passarem para uma potência mais elevada, conforme necessário. As três potências nominais cumprem as rigorosas normas de compatibilidade eletromagnética (EMC) e de isolação para as indústrias regulamentadas.

Conclusão

As fontes de alimentação chaveadas resfriadas por condução e sem ventoinha garantem um funcionamento silencioso, uma maior confiabilidade e um gerenciamento térmico melhor em aplicações industriais, médicas e de telecomunicações. A TRACO Power oferece três potências nominais na sua série TCI que proporcionam escalabilidade de potência, fatores de forma compactos e amplas faixas de temperaturas operacional. Estas fontes de alimentação integram-se perfeitamente em gabinetes selados e com restrições de espaço, proporcionando uma elevada eficiência e dissipação de calor para o gerenciamento de energia em ambientes exigentes.