Projektowanie wydajnych rozwiązań odprowadzania ciepła z zasilaczy w systemach przemysłowych i medycznych

Wydajne i ekonomiczne odprowadzanie ciepła z zasilaczy (PSU) jest ważne podczas projektowania systemów przemysłowych i medycznych dla zapewnienia ich niezawodności. Projektowanie wydajnego systemu odprowadzania ciepła dla zasilacza PSU jest zadaniem złożonym i wiele zależy od tego, czy jest on obudowany czy otwarty.

W przypadku zamkniętego zasilacza PSU typ obudowy ma wpływ na przepływ powietrza i rozpraszanie ciepła. Chociaż wentylatory są pomocne, projektanci muszą wziąć pod uwagę ich niezawodność, a także ciśnienie wsteczne powodowane przez wentylatory systemowe, które może znacznie zmniejszyć efektywność wentylatorów zasilacza PSU, potencjalnie zwiększając jego temperaturę roboczą.

Zasilacze PSU często wykazują niższą sprawność przy niskim napięciu wejściowym. W rezultacie jednostki pracujące przez dłuższy czas w warunkach niskiego napięcia wejściowego mogą powodować większe rozpraszanie ciepła i potrzebę dodatkowego chłodzenia. Wreszcie, zasilacze PSU często wymagają obniżenia parametrów znamionowych w przypadku pracy w podwyższonych temperaturach, które mogą występować w systemach przemysłowych i medycznych.

Aby przyspieszyć wdrożenie wydajnych systemów odprowadzania ciepła, projektanci mogą skorzystać z zasilaczy zaprojektowanych specjalnie do zastosowań przemysłowych i medycznych, które oferują szereg opcji odprowadzania ciepła.

W niniejszym artykule omówiono wyzwania związane z odprowadzaniem ciepła podczas projektowania systemów przemysłowych i medycznych oraz przedstawiono wskazówki dotyczące projektowania wydajnych rozwiązań służących do odprowadzania ciepła. Następnie zaprezentowano opcje integracji zasilaczy PSU z urządzeniami przemysłowymi i medycznymi na przykładzie zasilaczy Bel Power Solutions, a na koniec podano kilka porad, które projektanci mogą wykorzystać podczas integracji zasilacza PSU z ogólnym projektem systemu odprowadzania ciepła.

Wyzwania związane z odprowadzaniem ciepła z zasilaczy

Wyzwania związane z odprowadzaniem ciepła z zasilaczy PSU dotyczą między innymi przepływu powietrza w systemie i wpływu wentylatorów systemowych na wydajność wentylatorów wbudowanych w zasilacze PSU, temperatury otoczenia, potrzeby dostarczenia mocy szczytowej oraz wpływu zakresu napięć wejściowych na rozpraszanie mocy. Są to zagadnienia pierwszego rzędu, natomiast artykuł nie porusza kwestii odprowadzania ciepła drugiego rzędu związanych z systemami montowanymi w stelażu lub specjalnymi środowiskami, takimi jak ośrodki przetwarzania danych.

Jedną z pierwszych kwestii jest kierunek przepływu powietrza w zasilaczu PSU. Jego normalny przepływ tworzy dodatnie ciśnienie na wyjściu z systemu, a przepływ odwrotny ciśnienie dodatnie na wejściu do systemu (ilustracja 1).

Ilustracja 1: Przy normalnym przepływie powietrza dodatnie ciśnienie występuje na wylocie z systemu (po lewej). Przy odwrotnym przepływie powietrza dodatnie ciśnienie występuje na wlocie do systemu (po prawej). Ilustracja: Bel Power Solutions)

Wentylator to za mało

Wiele zasilaczy PSU zawiera wentylator chłodzący. Zamiast upraszczać konstrukcję układu odprowadzania ciepła, zasilacz PSU z wentylatorem może go skomplikować z powodu kierunku przepływu powietrza, jak również ciśnienia i impedancji przepływu powietrza w systemie lub obudowie. Komplikacje:

• Wentylatory systemowe mogą konkurować z wentylatorami zasilacza PSU i ograniczać ich wydajność, zmniejszając przepływ powietrza przez zasilacz.
• Na wlocie wentylatora zasilacza PSU może występować nieoczekiwanie wysoka impedancja, zmniejszając przepływ powietrza przez zasilacz.
• Kable lub inne przeszkody mogą blokować przepływ powietrza przez zasilacz PSU, zmniejszając wydajność wentylatorów.

Istnieje kilka sposobów interakcji pomiędzy wentylatorami systemu a wentylatorami zasilaczy PSU. Ich przykłady pokazano na ilustracji 2 poniżej:

1. Wentylatory zasilacza PSU wytwarzają normalny przepływ powietrza, ale wyższe parametry wentylatorów systemowych powodują niższe (ujemne) ciśnienie wewnątrz obudowy, zmniejszając tym samym wydajność wentylatora zasilacza PSU.
2. Wentylatory zasilacza PSU wytwarzają odwrotny przepływ powietrza, a wentylatory systemowe wspomagają chłodzenie zasilacza PSU, nie kolidując z nim. Jednak jeśli powietrze dostające się do zasilacza PSU pochodzi z wylotowej komory rozprężnej systemu, może to powodować zmniejszenie przepływu powietrza netto oraz problemy z recyrkulacją skutkujące akumulacją ciepła w zasilaczu PSU.
3. Wlot powietrza do zasilacza PSU jest odizolowany od głównego przepływu powietrza w obudowie, co chroni wentylatory zasilacza PSU przed zakłóceniami pracy powodowanymi przez wentylatory systemowe. Aby osiągnąć maksymalne korzyści, kanał przepływu powietrza dla zasilacza PSU powinien charakteryzować się niskim oporem.

Ilustracja 2: Projekt odprowadzania ciepła musi uwzględniać kierunek przepływu powietrza w zasilaczu PSU oraz względne siły wentylatorów zasilacza PSU i systemu. (Źródło ilustracji: Bel Power Solutions)