Alimentations à découpage avec refroidissement hybride par conduction et par convection

Les applications électroniques génèrent de la chaleur qui, lorsqu'elle est excessive, peut réduire le rendement, raccourcir la durée de vie des composants et même entraîner une défaillance thermique. Les alimentations équipées de ventilateurs sont privilégiées pour de nombreuses applications, mais pas pour celles dans lesquelles le rendement, le silence et la fiabilité sont essentiels.

Différentes méthodes de refroidissement sont utilisées pour maintenir des températures de fonctionnement optimales, chacune avec ses propres compromis. Les alimentations traditionnelles s'appuient soit sur le refroidissement à air forcé, qui utilise des ventilateurs pour déplacer activement l'air sur les composants générateurs de chaleur, soit sur le refroidissement passif par convection, qui s'appuie sur des dissipateurs thermiques et un flux d'air pour dissiper la chaleur. D'autres options incluent le refroidissement par conduction et le refroidissement par liquide.

TRACO Power propose une série de solutions d'alimentation sans ventilateur pour les applications industrielles, médicales et de télécommunications. La série TCI de l'entreprise permet une gestion thermique améliorée qui réduit les pertes d'énergie liées à la chaleur et améliore la fiabilité des systèmes pour un fonctionnement continu. Il s'agit d'une solution d'alimentation à refroidissement par conduction utilisant une plaque de base appropriée, avec la possibilité d'utiliser le refroidissement par convection ainsi que le refroidissement à air forcé, conférant à cette série une grande polyvalence pour une large gamme d'applications.

Comparaison des options

Chaque méthode de refroidissement présente des compromis en termes de rendement, de taille, de coût et de fiabilité. Lors de la conception de systèmes de refroidissement pour l'électronique, les concepteurs de produits doivent tenir compte des éléments suivants :

• Exigences en matière de dissipation de puissance
• Contraintes d'espace
• Besoins de fiabilité
• Coût et complexité

En sélectionnant la stratégie de refroidissement appropriée, les concepteurs peuvent améliorer le rendement, la fiabilité et les performances dans diverses applications électroniques. Voici les méthodes de refroidissement typiques à prendre en compte lors du développement d'applications :

• Convection : le refroidissement par convection repose sur le mouvement naturel de l'air chaud ascendant remplacé par de l'air plus frais, permettant ainsi la dissipation de la chaleur sans aucun composant actif. Cette méthode est économique et fiable, mais son rendement est limité, en particulier dans les espaces clos où la circulation d'air est restreinte. Le refroidissement par convection passif offre une grande fiabilité mais ne convient pas aux applications haute puissance qui génèrent une chaleur importante.
• Air forcé : le refroidissement à air forcé utilise des ventilateurs pour déplacer activement l'air sur les composants générateurs de chaleur afin d'améliorer la dissipation de la chaleur. Cette méthode est fréquemment utilisée dans les alimentations industrielles, les systèmes informatiques et l'électronique haute puissance. Les ventilateurs consomment de l'énergie et génèrent du bruit et des points de défaillance potentiels, mais ils préviennent efficacement la surchauffe et l'étranglement thermique pour maintenir la stabilité du système dans les environnements exigeants.
• Dissipateurs thermiques : les dissipateurs thermiques utilisent la conduction thermique pour transférer la chaleur des composants vers une surface plus grande, permettant à la chaleur de se dissiper dans l'air ambiant. La plupart des dissipateurs thermiques présentent des conceptions à ailettes pour maximiser la surface, améliorant ainsi le refroidissement par convection naturelle ou forcée. Bien que des dissipateurs thermiques à profil mince existent pour les applications compactes, des dissipateurs thermiques plus grands sont généralement requis pour une dissipation de puissance élevée.
• Plaques de refroidissement : les plaques de refroidissement utilisent une plaque de base métallique épaisse pour évacuer la chaleur d'un composant et la répartir sur une surface plus grande.  
• Refroidissement par liquide : le refroidissement par liquide dépend d'un système en boucle fermée dans lequel le liquide de refroidissement absorbe la chaleur des composants et la transfère vers un radiateur ou un échangeur thermique pour la dissipation. Cette méthode est fréquemment utilisée dans les applications haute puissance telles que l'aérospatiale, l'automobile et le calcul à haute performance, où les ventilateurs et les dissipateurs thermiques seuls sont insuffisants. Cependant, le refroidissement par liquide implique une conception, une complexité et une maintenance supplémentaires.
• Composés thermiques : les composés thermiques, tels que la graisse ou la pâte thermique, réduisent la résistance thermique entre les composants électroniques et les surfaces de refroidissement, mais ne dissipent pas la chaleur par eux-mêmes. En comblant les espaces microscopiques, ces composés améliorent le rendement du transfert de chaleur, garantissant que les dissipateurs thermiques, les plaques de refroidissement ou les répartiteurs de chaleur peuvent fonctionner efficacement. Certains composés thermiques servent également d'adhésifs pour fixer les solutions de refroidissement sans attaches mécaniques.

Conception hybride de TRACO Power

La série TCI d'alimentations à découpage de TRACO Power utilise une conception de boîtier hybride qui prend en charge à la fois le refroidissement par convection et par conduction (Figure 1), et elle est très polyvalente pour différentes stratégies de gestion thermique.

Figure 1 : La conception de boîtier hybride de TRACO Power offre aux concepteurs des options de refroidissement par conduction et par convection. (Source de l'image : TRACO Power)

Pour le refroidissement par conduction, le boîtier métallique garantit un transfert de chaleur efficace vers une plaque de base, un dissipateur thermique ou un châssis, permettant une dissipation passive de la chaleur. Cette approche peut être privilégiée pour les boîtiers scellés où le flux d'air forcé à l'aide de ventilateurs n'est pas pratique ou n'est pas possible.

Les composants internes encapsulés sont connectés thermiquement, ce qui optimise la répartition de la chaleur et permet une convection naturelle pour évacuer l'excès de chaleur. Lorsqu'elle est montée dans un espace ouvert, la conception hybride permet dans de nombreux cas un refroidissement passif sans nécessiter de dissipateurs thermiques supplémentaires.

La série TCI offre des capacités thermiques supérieures en combinant les meilleures caractéristiques des types de boîtiers à conduction et à convection. Elle peut générer des niveaux de puissance nettement plus élevés sans avoir besoin de ventilateur dans le même facteur de forme que les conceptions d'alimentation traditionnelles. Dans une configuration à refroidissement par conduction, selon TRACO Power, la série TCI peut fournir jusqu'à 100 % de sa puissance de sortie maximum nominale, ce qui en fait un choix idéal pour les configurations d'application sans ventilateur.

La conception hybride de la série TCI fournit un transfert de chaleur optimal grâce à une plaque de base appropriée et à une connexion thermique efficace des composants individuels via un composé d'enrobage spécial. Le composé avancé permet aux composants individuels de fonctionner avec un rendement de crête, ce qui est difficile à atteindre avec des systèmes d'alimentation conçus de manière classique.

La série TCI est spécialement conçue pour les solutions à refroidissement par conduction impliquant des exigences de puissance de 130 W à 500 W, ce qui la rend particulièrement utile pour les applications sans ventilateur. Avec une plaque de base appropriée, les dispositifs peuvent fonctionner en toute sécurité jusqu'à 100 % de leur puissance nominale.

Le TCI 130-124-J de 130 W (Figure 2) est une alimentation CA/CC fermée à refroidissement par conduction qui offre un excellent comportement de refroidissement à température constante tout en maximisant le rendement. Affichant un rendement impressionnant de 92 %, l'unité présente une plage de températures de fonctionnement de -30°C à +50°C sans détarage, et jusqu'à +80°C avec détarage de charge ou refroidissement forcé. Sa plage de températures de stockage s'étend de -30°C à +80°C, et ses dimensions sont de 80 mm x 59,7 mm x 43,2 mm.

Figure 2 : Le TCI 130-124-J de TRACO Power est une unité CA/CC à refroidissement par conduction de 130 W. (Source de l'image : TRACO Power)

Le TCI 240-112-J de 240 W (Figure 3) présente les mêmes plages de températures de fonctionnement et de stockage que l'unité de 130 W. Ses dimensions sont de 104 mm x 62,5 mm x 39,2 mm. Les séries TCI 130 et TCI 240 sont fournies en standard dans des boîtiers métalliques fermés, et elles offrent une sortie de 100 % sans ventilateur lorsqu'elles sont montés sur une plaque de base ou un châssis métallique.

Figure 3 : L'unité TCI 240-112-J de TRACO Power — lorsqu'elle est montée sur une plaque de base ou un châssis métallique — offre une sortie de 100 % sans nécessiter de ventilateur. (Source de l'image : TRACO Power)

Le TCI 500U-124U-T à boîtier en U (Figure 4) peut fournir jusqu'à 90 % de la puissance de sortie maximum sans nécessiter de ventilateur. Il présente la même plage de températures de fonctionnement que les séries TCI 130 et TCI 240 et une température de stockage de -30°C à +85°C. Ses dimensions sont de 130 mm x 83 mm x 40 mm. Il offre également une commande marche/arrêt à distance pour l'intégration dans des systèmes de gestion de l'alimentation automatisés et des entrées de détection à distance pour compenser les chutes de tension dans les grandes longueurs de câbles.

Figure 4 : Le TCI 500-124U-T présente une tension de sortie de 24 VCC avec un rendement de 91 %. (Source de l'image : TRACO Power)

Les caractéristiques thermiques et électriques uniformes de la série TCI permettent une intégration et une évolutivité transparentes entre les produits, ce qui permet aux concepteurs de commencer avec des conceptions basse puissance et de passer à une puissance plus élevée selon les besoins. Les trois puissances nominales répondent aux normes strictes de compatibilité électromagnétique (CEM) et d'isolation pour les industries réglementées.

Conclusion

Les alimentations à découpage à refroidissement par conduction sans ventilateur garantissent un fonctionnement silencieux, une fiabilité accrue et une gestion thermique améliorée dans les applications industrielles, médicales et de télécommunications. TRACO Power propose trois puissances nominales dans sa série TCI, garantissant une évolutivité de la puissance, des facteurs de forme compacts et de larges plages de températures de fonctionnement. Ces alimentations s'intègrent parfaitement dans les boîtiers scellés et présentant des contraintes d'espace, et elles offrent un haut rendement et une dissipation thermique élevée pour la gestion de l'alimentation dans les environnements exigeants.