在散热设计1中,我们谈到可以通过机网侧风路设计去弥补热路差异造成的温升不平衡,最大程度的降本,给出的有效方案就是给发热小的网侧添加挡条,我们现在就好好分析一下,如何添加挡条。

1.挡条对风阻影响

由于机网侧损耗功率不一致,为了保证两边温升的一致,因此需要调节机网侧流量比,需要在网侧添加挡条,以提高网侧风阻。为了试验方便,测试方案如图1所示,共计6次试验。

image.png
图1.挡条测试方案图
图1.挡条测试方案图
测试好之后,我们会得到六组风阻曲线数据,大家一定要注意,在测试的过程中腔体是一直存在的,我们必须从测试数据中减去串联的腔体风阻,最后才是最终的风阻曲线。腔体风阻我们在散热设计2中已经求得。最后我们的到测试的风阻曲线如图2所示。

image.png
图2.不同挡条下网侧风道风阻特性(横轴流量,纵轴压强)
如果对网侧添加挡条以调节机网侧流量比,因为机网侧为并联,所以只需要求得同压强下,0cm挡条F0(机侧)与其他挡条Fn(网侧)的流量比即可,由此得到如图3所示。

image.png
图3.同压强下,机网侧并联的流量比图
结论

  • 挡条越宽,风阻越大
  • 添加挡条后,F0与Fn流量比值,在全压强范围内近似为均值。
  • 汇总流量比如下表

挡条宽度 0cm 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm
流量比 1:1 1.151:1 1.295:1 1.536:1 2:1 3:1

2.风道优化热平衡

机侧和网侧,在热路环节就不平衡,一方面机网侧功率不同(通态损耗,开关损耗),开关频率不同(开关损耗),导致发热功率不平衡,另一方面机网侧工作频率不同,由上一节我们知道不同频率热功率产生的动态热冲击不一样。

  • 发热损耗功率大小-影响功率模块平均温升
  • 发热功率工作频率-影响功率核心动态温升

综合上面两方面信息,我们会得到机网侧各自功率芯片核心到散热器之间的功率单元温升不平衡,虽然可以选择更牛逼的功率芯片,更好的导热硅脂,但是也会带来成本的提升。
换一个角度,既然机网侧功率单元内部温升不一样,可以设计出不一样热阻的外部散热器,从而保证最终机网侧的总温升能够平衡。如何做到呢?从风路上优化,给发热小的网侧加挡板,减小自己流量的同时,增大机侧流量,通过流量去实现散热器热阻的不同,最终实现总温升的平衡。
具体步骤如下:

  1. 给网侧加不同宽度的挡条,得到不同宽度挡条下网侧风道的风阻特性。
  2. 将网侧不同挡条的风阻与机侧并联,再与腔体风阻串联,得到总风阻,
  3. 总风阻与风扇串联,得到最终的工作点,类似图4。
  4. 根据3中得到的工作点,再根据不同挡条下机网侧流量比,分别计算出,机侧流量和网侧流量
  5. 根据机网侧流量,算出散热器的热阻,乘以平均功率,即可得到散热器温升。
  6. 对比不同挡条下,机网侧散热器温升,结合之前得到的功率模块内部温升之和,找到最优化的方案。

image.png
图4.风道工作点图
没有什么东西是绝对好的,用更灵活的方式解决问题,是工程师的价值所在。