风冷对比液体冷却:
电力电子设备的热管理进步


获取更多信息


过去几十年,电力和能源是电子工业中发展最迅速的两个行业。功率转换、倒置和整流以及蓄电池和燃料电池技术已成为所有行业实现技术增长不可或缺的一部分。

电力电子系统趋于复杂并在更高功率范围下运行,而其尺寸却变得越来越小,使得热量成为系统完成工作的最大限制因素。为处理耗散的能量,必须优化风冷方案并放大尺寸以充分去除多余热量。在一些情况下,尺寸成为强制对流方案的限制因素,在风冷系统的尺寸和重量使该系统难以用于实践的情况下,液体冷却迅速成为最受欢迎的替代方法。

从风冷系统转换为液体冷却方案不能是贸然轻率的决定。在提高热管理以处理较高热负荷时,需要考虑许多因素和可能性。尽管市场趋势表明全液冷系统最终将是用于冷却电力电子设备的行业标准,但在系统改良或升级时,存在许多选择和混合解决方案,可以实现两种方案的益处。如果预算或期限使得直接转换为液体冷却不切实际,那么通过设计改良或引入两相冷却或液体组件优化强制对流方案就是可行的过渡方案。

工程师们一直在开发液体系统这些系统是对现有空气冷却解决方案的互补,这些解决方案可以扩展,以在一段时间内完全取代空气冷却系统。这是通过专注于电子设备,可以立即获得液体冷却的好处。该系统利用流体联轴器、可靠的泵系统和紧凑的换热器,将气流中的热量从液体转移到液体中,并在其他地方进行输送和管理。在其他情况下,工程师选择用液体冷却完全替换其空气冷却系统,以便立即实现更高的功率输出并优化热性能。

当您考虑切换到液体冷却以提高电力电子设备设备和设施的性能时,有几个关键的决定因素:

• 您对于尺寸、重量和热性能有何要求?

• 您能够进一步优化您的风冷系统吗?

• 风冷系统作为可行的散热方案付诸应用还能够持续多久?

• 液体或体积可用性是否有任何限制?

• 对液体冷却的投资需要花费多长时间才能实现性能和效率的回报?

• 如何实施或设计液体冷却才能融入您的应用?对应用/设施停机时间的影响将会是什么?

• 如何及何时开始?


Fan Heat Sink Air Cooling

风冷的优势


空气冷却系统比液体系统便宜得多。它们不需要调节或专用流体,并且由比液体系统组件更经济的成分较少组成。由于它们没有液体泄漏,并且分解的部件更少,因此故障模式也较少。除了具有更高的可靠性和更低的成本外,空冷系统还更易于修改或升级。



风冷的局限


在典型应用中,空气冷却系统由挤出器粘合翅片散热器和通常风扇组成。当可靠性是一个重要因素时,工程师可能会放弃风扇,转而选择被动解决方案。

自然对流和强制对流都有局限性。自然对流受限于散热所需的总表面积,这需要大量、沉重的解决方案,而这些解决方案往往不切实际。

强制对流解决方案受压降的限制。热汇具有可处理体积的大表面积会产生高空气阻力,从而阻碍风机产生的流量,从而产生传热。更大的强制对流解决方案还需要更大或更多的风扇,从而增加解决方案产生的噪声量。

然而,空气冷却解决方案的最大限制是热性能。空气吸收和传递热量的能力与液体不同。在一定阈值时,空气冷却变得不足,液体冷却是必要的。

风冷改装和混合解决方案


改善空气冷却系统的有三种常用方法。第一是优化散热器设计和风扇选择。生成更多气流、优化散热片几何形状或增加散热器体积,是改善空气冷却解决方案的方法,无需引入其他技术。第二种是在设计中引入两相冷却。加热管道可以集成,以分散更高的功率密度或将热量转移到更容易消散的区域。提高气冷溶液性能的第三种最常见的方法是开始引入液体系统的元素,如无源热虹吸管

查看风冷产品页面



液体冷却的功效


液体的输送能力比相同质量的空气容量高4倍。这样,在更小的溶液中可实现更高的热性能。液体冷却系统是一种液压回路,通常由与热源和装置接口的冷板、循环流体的泵和抑制液体从设备吸收的热量的热交换器组成。液体冷板的工作包络比用于相同应用的空气冷却的散热器小得多。此外,多个冷板可以连接到同一交换器,对性能的影响最小。液体冷却可进一步控制冷却系统,因为它可控制冷板的进气温度以及流速。

液体冷却的潜在风险和权衡


由于复杂性和担心泄漏,一些人一直不愿采用液体冷却。 复杂性通常会增加解决方案的成本和保持系统运行所需的维护量。但是,由于改进的冷却性能将提高设备的使用寿命和可靠性,因此可以减轻额外的成本。

由于其复杂性,液体冷却需要更好的规划和设计,以融入您的电力电子器件。虽然冷板比挤出或散热器小得多,但一旦热交换器、管、储液罐和泵都考虑在内,整体溶液往往会占据更多的体积。工程师在初始设计阶段必须考虑所有这些因素,以避免以后出现并发症。只要有正确的预见性,系统的复杂性可能是有益的,因为系统设计具有更大的灵活性。

液体冷却方案


AavidHydrosink


Aavid HydroSink 系统是一种可配置的方法,将一套标准优化的热交换器、风扇、泵、阀门、储液罐、接头、传感器和控制板与定制冷板相结合,以设计满足特定要求的最佳液体冷却解决方案。

HydroSinks比标准液体冷却系统在设计和安装方面更加灵活,因为它们可配置,更易于适应设计要求。密封和连接外壳内的液体冷板、控制板和客户机器控制装置也是可定制的。

由于 Aavid Sinks主要由一套标准优化组件组成,因此比传统定制液体冷却及其空气冷却组件更具成本效益。

目前,Aavid HydroSink有两种基本的紧凑型系统尺寸,中小型。最终客户 HydroSink 的实际大小系统因配置而异。尺寸取决于风扇尺寸和冷却性能。小型运行温度每千瓦上升 7-20 °C,而介质以每千瓦 3-9°C 的升压运行。

点击获取关于AavidHydroSink™的更多信息

Aavid液冷板


定制的 Aavid 液体冷板是 HydroSink系统的组成部分。Aavid 提供四种独特、创新的冷板设计,旨在根据应用和要求优化整个系统。所有 Aavid 冷板均采用专门的认证程序,专为无忧液体冷却而构建,以确保无泄漏、可靠的解决方案。

Hi-Contact管式冷板


Hi-Contact™ Tube Cold Plates
Aavid Hi-Contact管液冷板采用高性能装配,采用连续管压机安装到挤压铝板中。Aavid Hi-Contact工艺中使用的专利几何形状使流体更接近设备产生热量,从而从管冷板中获得最佳热性能。为了进一步提高Aavid的Hi-接触液体冷板的性能,在接头上应用热环氧树脂,在管和板之间提供无间隙的热接口。Hi-Contact™板易于定制,提供标准尺寸。

浮泡式冷板


吸塑技术将通道插入基板,消除了通道加工,大大降低了制造成本。在底座和盖板和吸塑通道之间创建无泄漏接头,以便更灵活地在冷板顶部钻起安装孔,而不考虑液体通道的位置。

涡流液冷板


Aavid Vortex 液体冷板设计用于冷却极高功率应用。这些冷板最初是为可能应用高压缩负载的应用而开发的,例如冷却 SCR 类型的设备时。使用专利的流道几何形状,涡流液体冷板的两侧均均匀冷却;因此,它们可以跨两个曲面提供相等和一致的性能,并适合创建更可预测的环境。

扩展表面液冷板


Aavid 扩展表面液体冷板增加了内部表面积,从而可以更好地进行整体传热。创新技术和制造工艺用于增加液体冷板内的液体到板接触区域。其真空钎扎结构可确保无泄漏接头,同时保持高导热性。Aavid 扩展表面液体冷板经过专门制造,可提高设计灵活性,并可轻松定制,以便针对应用设计优化流道。

查看液冷板产品页面



最终思路


液体冷却和优化空气冷却系统的有效设计的关键是尽早在设计阶段考虑您的热管理。Aavid 提供设计、工程和测试服务,这些服务可在任何阶段提供,并根据要求、约束、时间表、预算和任何其他关键因素开发最佳解决方案。

凭借遍布全球的设计中心,Aavid 可为任何客户提供必要的工程服务,以设计和制造一个完全优化的系统。工程师在每个阶段都可以从分析是否需要液体冷却或空气冷却,到开发优化的集成系统,到对整个设备的可靠性和验证测试。

要请求有关您当前冷却解决方案的免费咨询,或帮助您找到适合电力电子应用请单击此处

获取更多信息



下载技术文献