Solutions à refroidissement liquide
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Technical Documents
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Qu'est-ce qu'une plaque de froid ?
Une plaque froide, parfois appelée bloc d'eau, est un bloc métallique (généralement en aluminium ou en cuivre) qui possède une tubulure interne permettant aux liquides de circuler à travers elle. La fonction de la plaque est d'assurer le refroidissement localisé de l'électronique de puissance. Pour ce faire, elle transfère la chaleur d'un dispositif à un liquide (tel que de l'eau ou de l'antigel) qui s'écoule vers un échangeur de chaleur distant, puis se dissipe dans l'air ambiant ou dans un autre liquide d'un système de refroidissement secondaire. En termes simples, lorsqu'une plaque froide est placée sur un composant électronique qui doit être refroidi, elle absorbe et dissipe la chaleur du composant vers le liquide qui circule ensuite dans le système.
Par rapport au refroidissement par air, les plaques froides liquides permettent de réduire considérablement le volume et le poids de l'électronique de puissance. L'utilisation d'une plaque froide est « l'étape suivante » lorsque le refroidissement par air ne suffit pas, souvent parce que les performances thermiques ne peuvent plus être atteintes de manière économique dans l'encombrement souhaité.
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Types of Cold Plates
Plaques froides à tube apparent
Les plaques froides à tubes exposés offrent un refroidissement de haute performance dans un système plus petit.
Des tubes en cuivre, en cuivre-nickel ou en acier inoxydable sont pressés dans des canaux exclusifs d'une plaque d'aluminium. Un époxy thermique est appliqué autour du tube pour assurer un transfert thermique optimal. Les plaques froides transfèrent la chaleur de l'appareil au liquide contenu dans le tube, qui est ensuite déplacé dans le système en boucle fermée pour dissiper la chaleur.
Avec une plaque froide à tube exposé, le tube de refroidissement est en contact direct avec l'appareil, ce qui offre une résistance thermique minimale et des performances accrues. Les plaques froides à tube apparent sont traditionnellement les moins chères des technologies de refroidissement liquide.
Plaque de froid à tubes enterrés
Une plaque de froid liquide à tubes enterrés a la capacité de refroidir les deux côtés de la plaque de froid. Les tubes sont protégés de l'environnement extérieur. En général, un tube de cuivre est enfoui dans un substrat d'aluminium usiné par Mersen. Ensuite, un tube de cuivre poinçonné est pressé par une machine à poinçonner (ce pressage est plus profond que celui de la plaque froide du tube exposé). Certains ingénieurs préfèrent la couche d'époxy au-dessus du tube pour protéger ce dernier contre les fuites.
Ce principe de refroidissement est le mieux adapté aux dispositifs de commutation à haute puissance, tels que les systèmes de refroidissement des puces, des LED et des batteries d'alimentation.
Plaques de froid à trous profonds
Les plaques froides à perçage profond sont dotées de plusieurs canaux de refroidissement percés directement sur la longueur de la plaque. Des tubes sont insérés et dilatés pour créer un contact métal-métal sûr, optimisant les propriétés de transfert thermique et assurant un refroidissement double face. Pour améliorer encore les performances de refroidissement, il est possible d'ajouter un dispositif appelé « turbulateur », qui augmente la vitesse d'écoulement dans les canaux.
Les avantages du refroidissement par plaques froides à perçage profond sont nombreux :
- Permet un refroidissement double face
- Optimisation du transfert thermique
- Possibilité d'ajouter des turbulateurs pour améliorer les performances
- Moins de risques de fuites
Vous serez peut-être surpris d'apprendre que peu de sociétés d'ingénierie thermique proposent des applications de plaques froides percées en profondeur, alors que la demande existe toujours ! Mersen possède les capacités et la perspicacité nécessaires pour réaliser des perçages profonds de plaques.
Plaques froides brasées sous vide
Le brasage sous vide se produit lorsque deux plaques de refroidissement avec des canaux internes et des structures d'ailettes (souvent des ailettes « pliées » ou des ailettes « enlevées ») sont scellées ensemble à l'intérieur d'une chambre à vide pour être chauffées.
Un métal d'apport ayant un point de fusion inférieur est fondu dans les joints de la plaque froide par capillarité dans les conditions technologiques correspondantes, et relie deux plaques avec des canaux internes et des structures d'ailettes pour former un canal d'écoulement interne. Le système de vide peut être connecté à la pièce de manière à ce que la pression à l'intérieur de la pièce soit inférieure à la pression atmosphérique pendant le brasage sous vide.
Ce module thermique de refroidissement est fréquemment utilisé dans la production d'énergie, les batteries de voitures électriques, les composants de piles à combustible et d'autres applications. Le brasage sous vide a un coût plus élevé, mais aussi une très grande fiabilité.
Le brasage sous vide présente de nombreux avantages :
- Traitement par lots hautement reproductible et contrôlable
- Caractéristiques uniformes des matériaux pendant et après le brasage
- Flexibilité importante au niveau de la conception, car elle n'est pas limitée par le rayon de courbure de la plaque froide des tubes de pression.
Plaques de froid brasées par immersion
Les plaques froides brasées par immersion sont aussi avantageuses que les plaques froides brasées sous vide, bien que la méthode de création soit différente. Au lieu d'être chauffées dans un four sous vide, les deux pièces métalliques sont nettoyées à l'aide de produits chimiques, puis plongées dans un bain de sel fondu (un flux de brasage en aluminium), chauffé à des températures proches de celles de la lave. Le métal d'apport est placé au préalable aussi près que possible des joints.
Lorsque l'assemblage est immergé ou trempé, le flux fondu entre en contact avec toutes les surfaces internes et externes simultanément. Cette chaleur liquide est extrêmement rapide et uniforme.
Parlez-nous de vos besoins en matière d'application
Tous les systèmes de plaques froides ne conviennent pas à tous les appareils nécessitant un refroidissement. La conception et l'analyse couvrent un spectre de caractéristiques de performance et de considérations - de la hauteur et du poids à l'uniformité de la température.
Mersen a la capacité de personnaliser la conception d'une plaque froide spécifique, en fonction des besoins de votre application, y compris des facteurs clés tels que :
- Trajet du tube
- Collecteurs
- Connecteurs
Comme toujours, nos conceptions visent à minimiser vos coûts d'exploitation et de fabrication. Contactez-nous pour discuter de vos besoins dès aujourd'hui !
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Dissipateur thermique à air ou plaque froide liquide : Quelle est la différence ?
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Comment fonctionnent les puits de chaleur à air ?
Les dissipateurs thermiques à air, qui utilisent l'air ambiant comme moyen de refroidissement, sont largement utilisés pour leur simplicité et leur rentabilité.
Ils dissipent la chaleur par convection naturelle ou par air forcé, ce qui les rend appropriés pour une variété d'applications où un refroidissement modéré est suffisant. -
Comment fonctionnent les plaques de froid liquide ?
Les plaques froides liquides offrent une méthode de refroidissement plus directe et plus efficace, utilisant un liquide de refroidissement pour transférer la chaleur loin des composants sensibles. Cette approche est particulièrement efficace dans les applications à haute puissance ou à haute densité où le refroidissement par air est insuffisant.
Les plaques froides à liquide permettent d'obtenir des températures plus basses et un contrôle plus précis de la température, mais elles s'accompagnent d'une complexité et d'un coût accrus. -
Comment choisir entre un dissipateur thermique à air et une plaque froide à liquide ?
Le choix de la bonne solution de refroidissement - entre les dissipateurs de chaleur à air et les plaques froides liquides - a une influence cruciale sur l'efficacité, la fiabilité et les performances des systèmes d'électronique de puissance. Cette décision dépend de plusieurs facteurs, chacun reflétant les exigences uniques de l'application.
Capacité et efficacité de refroidissement : Si le système génère une grande quantité de chaleur ou fonctionne dans un environnement à haute température, les plaques froides liquides sont souvent plus efficaces. Leur capacité de refroidissement et leur efficacité supérieures sont idéales pour les composants serrés ou de grande puissance. Les dissipateurs thermiques à air peuvent suffire pour les applications à faible charge thermique ou lorsque l'air ambiant peut dissiper efficacement la chaleur.
Contraintes d'espace et de poids : Les dissipateurs thermiques à air, bien que plus simples, peuvent être plus encombrants et plus lourds en raison de la nécessité d'une grande surface pour une dissipation efficace de la chaleur. En revanche, les plaques froides liquides offrent une solution plus compacte et potentiellement plus légère, ce qui est crucial dans les environnements où l'espace est limité, comme dans les applications aérospatiales ou automobiles.Précision et contrôle : Les systèmes de refroidissement par liquide offrent une plus grande précision et un meilleur contrôle des températures du système, ce qui est vital pour les applications nécessitant une gestion rigoureuse de la température. Ce niveau de contrôle est plus difficile à atteindre avec le refroidissement par air, en particulier dans des conditions ambiantes variables.
Coût et complexité : Les dissipateurs thermiques à air présentent généralement des coûts initiaux plus faibles et des conceptions plus simples, ce qui les rend intéressants pour les applications où la simplicité est de mise. Les plaques froides liquides, bien qu'elles puissent offrir des performances supérieures, s'accompagnent de coûts initiaux plus élevés et d'une plus grande complexité, notamment en ce qui concerne les pompes, les réservoirs et l'entretien pour éviter les fuites ou la corrosion. -
Quelles solutions de refroidissement pour les onduleurs devriez-vous choisir ?
Le choix des bonnes solutions de refroidissement pour les onduleurs est crucial pour maintenir l'efficacité du système et éviter la surchauffe. Mersen propose une gamme de solutions de refroidissement adaptées aux besoins spécifiques de l'électronique de puissance, garantissant que votre onduleur fonctionne à des températures optimales.
Relever les défis posés par les températures élevées des modules de puissance en carbure de silicium
Le refroidissement du carbure de silicium est essentiel pour relever les défis posés par les températures élevées des composants en carbure de silicium. Les solutions de refroidissement de Mersen pour le carbure de silicium sont conçues pour gérer la conductivité thermique élevée du SiC, garantissant que ces composants sont maintenus à des températures de fonctionnement sûres.
Maximiser la durée de vie des onduleurs grâce à des solutions de refroidissement efficaces
La longévité des onduleurs est considérablement améliorée par des solutions de refroidissement efficaces. Les solutions de refroidissement de Mersen pour les onduleurs sont conçues pour gérer la chaleur générée pendant le fonctionnement, ce qui est crucial pour maintenir les performances et prévenir les défaillances liées à la température. Lors du choix d'une solution de refroidissement pour onduleurs, il convient de prendre en compte la puissance thermique de conception et les conditions de fonctionnement ambiantes afin de garantir une dissipation optimale de la chaleur.
Optimiser la gestion de la chaleur : l'importance des dissipateurs thermiques pour l'électronique de puissance
Les dissipateurs de chaleur sont un composant essentiel de la solution de refroidissement dans l'électronique de puissance pour gérer la chaleur excessive. Lorsque vous choisissez un dissipateur thermique pour l'électronique de puissance, tenez compte du matériau, de la taille et de la conception pour vous assurer qu'il répond aux exigences thermiques de votre système.
Améliorer la durabilité : pourquoi le refroidissement des modules en carbure de silicium est essentiel
La durabilité des composants en carbure de silicium est grandement améliorée par un refroidissement efficace. Les solutions de refroidissement de Mersen pour le carbure de silicium sont spécifiquement conçues pour gérer la chaleur générée par les composants SiC, ce qui est essentiel pour préserver leur longévité et leurs performances dans les applications d'électronique de puissance.
Prolonger la durée de vie des IGBT grâce à un refroidissement efficace
Les solutions de refroidissement de Mersen pour les IGBT sont conçues pour gérer la chaleur générée par ces commutateurs à haut rendement, en veillant à ce qu'ils fonctionnent dans leurs limites thermiques pour une durée de vie plus longue.
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