Geschakelde voedingen met hybride geleiding en convectiekoeling

Elektronische toepassingen genereren warmte die, wanneer deze overmatig is, de efficiëntie kan verminderen, de levensduur van componenten kan verkorten en zelfs kan leiden tot thermische storingen. Op ventilators gebaseerde voedingen zijn favoriet voor veel toepassingen, maar niet voor toepassingen waarbij efficiëntie, stilte en betrouwbare prestaties van het grootste belang zijn.

Er worden verschillende koelmethoden gebruikt om optimale bedrijfstemperaturen te handhaven, elk met zijn eigen nadelen. Traditionele voedingen vertrouwen op geforceerde luchtkoeling, waarbij ventilators actief lucht verplaatsen langs warmteproducerende onderdelen, of passieve convectiekoeling, waarbij koellichamen en luchtstroming worden gebruikt om warmte af te voeren. Andere opties zijn geleidingskoeling en vloeistofkoeling.

TRACO Power biedt een reeks ventilatorloze voedingsoplossingen voor industriële, medische en telecomtoepassingen. De TCI-serie van het bedrijf maakt een verbeterd thermisch beheer mogelijk dat warmtegerelateerde energieverliezen vermindert en de betrouwbaarheid van het systeem voor continue werking verbetert. Ze bieden een oplossing voor geleidingsgekoeld vermogen met behulp van een geschikte basisplaat, met de optie om zowel convectiekoeling als geforceerde luchtkoeling te gebruiken, waardoor ze zeer veelzijdig zijn voor een reeks toepassingen.

Opties sorteren

Bij elke koelmethode moeten efficiëntie, grootte, kosten en betrouwbaarheid tegen elkaar worden afgewogen. Bij het ontwerpen van koelsystemen voor elektronica moeten productontwerpers rekening houden met:

• Vereisten voor vermogensdissipatie
• Beperkte ruimte
• Betrouwbaarheid
• Kosten en complexiteit

Door de juiste koelstrategie te kiezen, kunnen ontwerpers de efficiëntie, betrouwbaarheid en prestaties van verschillende elektronische toepassingen verbeteren. Dit zijn de typische koelmethoden waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwikkelen van toepassingen:

• Convectie: Convectiekoeling vertrouwt op de natuurlijke beweging van opstijgende warme lucht die wordt vervangen door koelere lucht, waardoor warmte wordt afgevoerd zonder actieve componenten. Het is goedkoop en betrouwbaar, maar beperkt in effectiviteit, vooral in gesloten ruimtes waar de luchtstroom beperkt is. Passieve convectiekoeling biedt een hoge betrouwbaarheid, maar is niet geschikt voor toepassingen met een hoog vermogen die veel warmte genereren.
• Geforceerde lucht: Geforceerde luchtkoeling gebruikt ventilatoren om lucht actief over warmteproducerende onderdelen te verplaatsen voor een betere warmteafvoer. Deze methode wordt vaak gebruikt in industriële voedingen, computersystemen en elektronica met hoog vermogen. Ventilators verbruiken stroom, maken lawaai en veroorzaken potentiële storingen, maar ze voorkomen effectief oververhitting en thermische throttling om de stabiliteit van het systeem in veeleisende omgevingen te behouden.
• Koellichamen: Koellichamen gebruiken warmtegeleiding om warmte van componenten naar een groter oppervlak te verplaatsen, zodat de warmte kan worden afgevoerd naar de omringende lucht. De meeste koelprofielen zijn voorzien van lamellen om het oppervlak te maximaliseren en koeling te verbeteren door natuurlijke of geforceerde convectie. Hoewel er koellichamen met een dun profiel bestaan voor compacte toepassingen, zijn er meestal grotere koellichamen nodig voor de dissipatie van hoge vermogens.
• Koude platen: Koude platen maken gebruik van een dikke metalen basisplaat om warmte weg te geleiden van een onderdeel, waardoor het over een groter gebied wordt verdeeld.  
• Vloeistofkoeling: Vloeistofkoeling is afhankelijk van een gesloten lussysteem waarbij koelvloeistof warmte absorbeert van componenten en deze transporteert naar een radiator of warmtewisselaar om af te voeren. Deze methode wordt vaak gebruikt in toepassingen met een hoog vermogen, zoals ruimtevaart, auto's en krachtige computers, waar ventilators en koellichamen alleen niet voldoende zijn. Vloeistofkoeling vereist echter extra techniek, complexiteit en onderhoud.
• Thermische verbindingen: Thermische verbindingen, zoals thermische pasta of vet, verminderen de thermische weerstand tussen elektronische componenten en koeloppervlakken, maar voeren zelf geen warmte af. Door microscopische luchtspleten op te vullen, verbeteren deze compounds de efficiëntie van de warmteoverdracht, waardoor koelplaten of warmteverspreiders effectief kunnen functioneren. Sommige thermische verbindingen dienen ook als lijm om koeloplossingen te bevestigen zonder mechanische bevestigingsmiddelen.

Het hybride ontwerp van TRACO Power

De TCI-serie schakelende voedingen van TRACO Power maakt gebruik van een hybride behuizing die zowel convectie- als geleidingskoeling ondersteunt (Afbeelding 1), waardoor deze zeer veelzijdig is voor verschillende thermische beheerstrategieën.

Afbeelding 1: Het hybride behuizingontwerp van TRACO Power biedt ontwerpers geleidings- en convectiekoelingsopties. (Bron afbeelding: TRACO Power)

Voor geleidingskoeling zorgt de metalen behuizing voor een efficiënte warmteoverdracht naar een aangesloten grondplaat, koellichaam of chassis, waardoor warmte passief wordt afgevoerd. Dit kan een voorkeursbenadering zijn voor afgesloten behuizingen waar geforceerde luchtstroom met ventilatoren niet praktisch of mogelijk is.

De ingekapselde interne componenten zijn thermisch met elkaar verbonden, wat de warmteverspreiding optimaliseert en natuurlijke convectie mogelijk maakt om overtollige warmte af te voeren. Bij montage in de open lucht maakt het hybride ontwerp in veel gevallen nog steeds passieve koeling mogelijk zonder dat er extra koellichamen nodig zijn.

De TCI-serie biedt superieure thermische mogelijkheden door de beste eigenschappen van conductie- en convectiebehuizingen te combineren. Hij kan aanzienlijk hogere vermogensniveaus genereren zonder dat er een ventilator nodig is binnen dezelfde vormfactor als traditionele voedingsontwerpen. In een geleidingsgekoelde opstelling kan de TCI-serie volgens TRACO Power tot 100% van het nominale maximale uitgangsvermogen leveren, waardoor het een ideale keuze is voor toepassingen zonder ventilator.

Het hybride ontwerp van de TCI-serie zorgt voor een optimale warmteoverdracht met behulp van een geschikte grondplaat en de efficiënte thermische verbinding van de afzonderlijke componenten door middel van een speciale potting compound. De geavanceerde samenstelling zorgt ervoor dat de afzonderlijke componenten op piekrendement werken, wat moeilijk te bereiken is met conventioneel ontworpen voedingssystemen.

De TCI-serie is speciaal ontworpen voor geleidingsgekoelde oplossingen met een vermogen van 130 W tot 500 W, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor ventilatorloze toepassingen. Met een geschikte grondplaat kunnen ze veilig werken tot 100% van hun nominale vermogen.

De 130 W TCI 130-124-J (Afbeelding 2) is een AC/DC-voeding met geleidingkoeling die zich richt op het bieden van een uitstekend koelgedrag bij consistente temperaturen en een maximale efficiëntie. De unit heeft een indrukwekkende efficiëntie van 92% en een bedrijfstemperatuurbereik van -30 °C tot 50 °C zonder derating en tot 80 °C met derating van de belasting of geforceerde koeling. Het opslagtemperatuurbereik is -30 °C tot 80 °C en de afmetingen zijn 80 mm x 59,7 mm x 43,2 mm (3,15" x 2,35" x 1,7").

Afbeelding 2: De TRACO Power TCI 130-124-J is een inductiegekoelde AC/DC-unit van 130 W. (Bron afbeelding: TRACO Power)

De 240 W TCI 240-112-J (Afbeelding 2) heeft hetzelfde bedrijfs- en opslagtemperatuurbereik als de 130 W unit. De afmetingen zijn 104 mm x 62,5 mm x 39,2 mm (4,1" x 2,46" x 1,54"). Zowel de TCI 130- als de TCI 240-serie worden standaard geleverd in een metalen behuizing en bieden 100% vermogen zonder ventilator wanneer ze op een metalen chassis of grondplaat zijn gemonteerd.

Afbeelding 3: De TRACO Power TCI 240-112-J biedt bij montage op een metalen chassis of basisplaat 100% vermogen zonder dat er een ventilator nodig is. (Bron afbeelding: TRACO Power)

De in een U-kanaal verpakte TCI 500U-124U-T (Afbeelding 3) kan tot 90% van het maximale uitgangsvermogen leveren zonder dat er een ventilator nodig is. Het heeft hetzelfde bedrijfstemperatuurbereik als de TCI 130- en TCI 240-serie en een opslagtemperatuur van -30 °C tot 85 °C. De afmetingen zijn 130 mm x 83 mm x 40 mm (5,12" L x 3,27" B x 1,57"). Het beschikt ook over aan/uit-bediening op afstand voor integratie in geautomatiseerde energiebeheersystemen en externe dectectie-ingangen om spanningsverliezen in lange kabeltrajecten te compenseren.

Afbeelding 4: De TCI 500-124U-T heeft een uitgangsspanning van 24 VDC met een efficiëntie van 91%. (Bron afbeelding: TRACO Power)

Consistente thermische en elektrische eigenschappen in de TCI-serie zorgen voor een naadloze productoverkoepelende integratie en schaalbaarheid, waardoor productontwerpers kunnen beginnen met ontwerpen met een lager wattage en indien nodig kunnen overstappen naar een hoger wattage. Alle drie de wattagewaarden voldoen aan de strenge normen voor elektromagnetische compatibiliteit (EMC) en isolatie voor gereguleerde industrieën.

Conclusie

Ventilatorloze conductiegekoelde schakelende voedingen zorgen voor een stille werking, verhoogde betrouwbaarheid en verbeterd thermisch beheer in industriële, medische en telecomtoepassingen. TRACO Power biedt drie wattages in de TCI-serie die schaalbaarheid van vermogen, compacte vormfactoren en een breed bedrijfstemperatuurbereik bieden. Deze voedingen kunnen naadloos worden geïntegreerd in krappe en afgedichte behuizingen en bieden een hoge efficiëntie en warmteafvoer voor energiebeheer in veeleisende omgevingen.