新式冷卻法

　　電子工程界在有效利用能源領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，為能源的開(kāi)采、運(yùn)輸、消耗和控制提供先進(jìn)科技，造福大眾。隨著社會(huì)愈發(fā)重視節(jié)能，電子工程界更起著越來(lái)越重要的作用。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，各大制造商正積極開(kāi)發(fā)超低功耗流程，提升工作效率，但物理法則規(guī)定了實(shí)施作業(yè)必然會(huì)導(dǎo)致晶體管接點(diǎn)溫度升高。即使是在超低功耗流程中，熱量也會(huì)漸漸累積，如果不加以散熱處理，晶體管就會(huì)燒毀。隨著晶體管密度和工作頻率持續(xù)加大，采用集成裝置(也包括使用低功耗流程的裝置)的工程師仍然需要考慮以上問(wèn)題，采取行之有效的措施進(jìn)行散熱。在裝置體積越來(lái)越小的今天，由于電源裝置在流程開(kāi)發(fā)期間無(wú)法得到有效改善，同時(shí)又必須以更高效率供應(yīng)電源，以上問(wèn)題就更顯突出。

　　由于排熱行為本身就需要耗能，制造商紛紛轉(zhuǎn)換觀念，采取一種“見(jiàn)好就收”的設(shè)計(jì)理念，允許由具體需求來(lái)決定冷卻水平。傳統(tǒng)上，交流風(fēng)扇(AC fan)只有開(kāi)關(guān)兩種狀態(tài)。系統(tǒng)處于開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，風(fēng)扇一般也會(huì)啟動(dòng)，全速運(yùn)轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在則出現(xiàn)了很多設(shè)計(jì)復(fù)雜的AC風(fēng)扇，采用不同級(jí)別的精密控制系統(tǒng)按具體情況調(diào)整作業(yè)。這不僅提高了風(fēng)扇的可靠性、延長(zhǎng)了風(fēng)扇的壽命，還能夠大幅節(jié)能，降低系統(tǒng)整體噪音。

　　風(fēng)扇控制

　　新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中關(guān)鍵的第一步就是開(kāi)發(fā)電子整流(EC)風(fēng)扇。由于該技術(shù)比異步電動(dòng)機(jī)在性能上有了大幅提高，已經(jīng)迅速成為主流技術(shù)。EC技術(shù)尤其能夠解決磁感應(yīng)造成的損耗問(wèn)題，并能更有效控制風(fēng)扇作業(yè)。

　　該技術(shù)通常采用無(wú)刷直流(BLDC)電機(jī)形式，盡管控制BLDC電機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)需要安裝更多電路，但半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到能夠?qū)⑦@額外電路集成至電機(jī)殼內(nèi)的先進(jìn)程度。由此便產(chǎn)生了一系列功率更大的緊湊型EC風(fēng)扇，其中一個(gè)典型的例子就是ebm-papst近日問(wèn)世的ACMaxx系列。

　　該系列風(fēng)扇由普通AC電源供電，由板上控制器負(fù)責(zé)調(diào)整AC電源，操控?zé)o刷DC風(fēng)扇作業(yè)。更高的電源效率和“新?lián)Q舊”的外形規(guī)格意味著可以既不用多做調(diào)整也不用提高輸入功率就可以增加輸出功率。

　　添加內(nèi)部或外部NTC(負(fù)溫度系數(shù))熱敏電阻能夠?qū)崿F(xiàn)按具體需求調(diào)整的速度控制，由風(fēng)扇控制電路來(lái)操縱風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)這種方法，我們可以控制作業(yè)的速度和持續(xù)時(shí)間，比如只有在需要時(shí)才開(kāi)啟風(fēng)扇，不需要冷卻時(shí)可以關(guān)閉。通過(guò)引入NTC感應(yīng)器來(lái)監(jiān)測(cè)溫度，當(dāng)風(fēng)扇啟動(dòng)后僅僅以保持足夠冷卻程度的速度進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，就可以降低整體功耗。

　　EC風(fēng)扇比AC風(fēng)扇能夠節(jié)省約30%的能耗，使用控制器后這個(gè)數(shù)字還可以進(jìn)一步提高。但控制器的使用不僅限制在集成電路中，也可以作為外部控制器與標(biāo)準(zhǔn)EC風(fēng)扇共同作業(yè)。ebm-papst的EC矩陣溫度控制器(Matrix Temperature Controller)便由風(fēng)扇電源直接供電，一般情況下只需要低于10mW功率。此外還采用NTC熱敏電阻來(lái)監(jiān)測(cè)溫度，控制風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。除ACMaxx之外，RS現(xiàn)在還推出了EC矩陣溫度控制器的兩個(gè)變體。溫度控制器事先設(shè)置溫度范圍，當(dāng)測(cè)量到的溫度處于或低于最低值時(shí)，將風(fēng)扇輸出降低到15%，當(dāng)處于或高于最高值時(shí)，將輸出提升至100%。此外該產(chǎn)品還采用了自動(dòng)保險(xiǎn)技術(shù)，能夠檢測(cè)NTC的開(kāi)路或短路情況。

　　類似的例子也包括Pfannenberg的恒溫器和恒濕器系列，能夠利用溫度和相對(duì)濕度來(lái)調(diào)整風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)添加相對(duì)濕度感應(yīng)器，風(fēng)扇能夠?qū)⑺幍沫h(huán)境保持在露點(diǎn)之上，借此提高對(duì)元件的控制，并延長(zhǎng)敏感電子器件的使用壽命。

　　風(fēng)扇設(shè)計(jì)

　　隨著風(fēng)扇控制器愈發(fā)精密，風(fēng)扇本身的設(shè)計(jì)也正改頭換面。制造商采用更加謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì)理念，開(kāi)發(fā)效率更高的風(fēng)扇和葉片設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高眾多應(yīng)用領(lǐng)域的效率。比如emb-papst推出的后向曲葉式風(fēng)扇就采用了離心技術(shù)，將空氣卷入風(fēng)扇中心并側(cè)向分布。該技術(shù)能夠產(chǎn)生更強(qiáng)氣流，尤其是在高背壓狀態(tài)更加明顯的環(huán)境下更加有效，是DC軸流風(fēng)扇系列的有益補(bǔ)充。不過(guò)，雖然該技術(shù)比傳統(tǒng)風(fēng)扇設(shè)計(jì)更加先進(jìn)，在過(guò)去卻因?yàn)榘惭b復(fù)雜產(chǎn)生了一些問(wèn)題。ebm-papst的“即插即用”EC卡式風(fēng)扇系列就因其設(shè)計(jì)的精確性而克服了這個(gè)困難。葉輪眼中精確安置了一個(gè)入口環(huán)，能夠?qū)饬髯顝?qiáng)化。此外，精確安置的支臂能夠預(yù)防過(guò)槳頻率產(chǎn)生的噪音，隔振支座也可以防止系統(tǒng)產(chǎn)生共振。