Les dernières tendances en matière d’électrification poussent les produits à contenir des composants électriques plus puissants et plus compacts, ce qui entraîne des défis supplémentaires en matière de gestion thermique pour maintenir ou améliorer les performances, la fiabilité et la durée de vie. Les concepteurs et les fabricants de produits doivent maintenir des températures de source de chaleur optimisées pour s’assurer que ces appareils fonctionnent efficacement et restent fiables dans le temps. L’une des façons d’optimiser la température de l’appareil est d’utiliser une gestion thermique efficace.
Qu’est-ce que la gestion thermique ?
La gestion thermique est le processus de gestion de la chaleur au sein d’un système pour assurer un fonctionnement efficace et sûr. En concevant et en mettant en œuvre des techniques qui exploitent la conduction, la convection et le rayonnement, la gestion thermique aide à réguler la température de l’appareil ou du système en éliminant ou en dissipant l’excès de chaleur.
La gestion thermique est essentielle pour de nombreux types d’appareils et de systèmes, notamment les appareils électroniques, les véhicules, les centrales électriques, les systèmes d’imagerie et les systèmes de calcul haute performance. Sans une bonne gestion thermique, ces appareils peuvent surchauffer, ce qui entraîne une réduction des performances, une durée de vie raccourcie et des dommages potentiels aux composants.
Des techniques de gestion thermique efficaces, telles que les dissipateurs thermiques, les ventilateurs, les systèmes de refroidissement liquide et les matériaux d’interface thermique, permettent aux appareils et aux systèmes de fonctionner en toute sécurité, de fonctionner au mieux et d’avoir une durée de vie plus longue.
Techniques de gestion thermique
La plupart des systèmes utilisent une combinaison de techniques de gestion thermique, de sorte que ces solutions sont classées en fonction de la méthode de refroidissement primaire utilisée dans le système. La catégorisation est généralement basée sur le fluide de travail et le type de convection dans le système de refroidissement.
Refroidissement par air, refroidissement liquide et refroidissement biphasé
Les solutions de gestion thermique sont classées en refroidissement par air, refroidissement liquide et refroidissement biphasique en fonction du fluide de travail utilisé. Alors que le refroidissement par air est souvent la solution la plus simple et la plus rentable, les solutions de refroidissement liquide et de refroidissement biphasé offrent un transfert de chaleur plus efficace et sont mieux adaptées aux applications hautes performances.
Cependant, le refroidissement liquide peut présenter des complications potentielles en matière de compatibilité et de maintenance, et les solutions de refroidissement biphasées peuvent nécessiter des considérations de conception supplémentaires pour la gestion de l’interface vapeur-liquide. La meilleure solution de gestion thermique dépend des besoins spécifiques de l’application et des compromis entre performances, coût et complexité.
Refroidissement par conduction
Les systèmes qui n’utilisent aucun fluide sont considérés comme des solutions de refroidissement par conduction. Ces solutions de gestion thermique s’appuient sur la conductivité thermique des matériaux pour transporter efficacement la chaleur loin d’une source. La plupart des systèmes à air, liquides et biphasés ont un certain niveau de conduction thermique dans leurs composants, mais dépendent davantage du mouvement des fluides pour déplacer la chaleur. Convection naturelle et convection forcée
Sur la base du type de convection, une solution de gestion thermique est classée en convection naturelle (solution passive) ou en convection forcée (solution active). La convection naturelle repose sur le flux naturel d’air ou de liquide autour d’une source de chaleur pour dissiper la chaleur et se produit en raison des différences de température entre la source de chaleur et l’environnement environnant. Alors que la convection forcée utilise un ventilateur ou un ventilateur, une pompe ou tout autre dispositif mécanique pour faire circuler l’air ou le liquide autour de la source de chaleur, améliorant ainsi le transfert de chaleur et améliorant l’efficacité du refroidissement
Le refroidissement par air et le refroidissement biphasé exploitent à la fois des configurations actives et passives, mais les solutions de refroidissement liquide sont principalement des solutions actives.
Pourquoi la gestion thermique est-elle importante ?
L’intégration de la gestion thermique dans le processus de conception permet d’éviter des reconceptions ou des réparations coûteuses. Des secteurs tels que le médical, l’aérospatiale, la défense et l’eMobility ont des exigences réglementaires strictes en matière de gestion thermique. Le non-respect de ces exigences entraîne des conséquences juridiques, des amendes, voire des pertes de vie.
Une gestion thermique inefficace entraîne une augmentation de la consommation d’énergie, ce qui a non seulement un impact sur les performances et la durée de vie de l’appareil, mais a également un impact négatif sur l’environnement. Il s’agit d’un objectif de conception majeur pour des industries telles que les centres de données et le calcul haute puissance. En concevant des appareils en tenant compte de la gestion thermique, la consommation d’énergie peut être minimisée, ce qui permet d’obtenir un produit plus durable.
La température tactile est un facteur important dans l’expérience utilisateur d’un produit. Si un appareil ou un composant est trop chaud pour être touché, il présente des risques de brûlures ou d’autres blessures pour l’utilisateur final. Cela peut également entraîner une couverture médiatique négative, des dommages potentiels à la valeur de la marque et d’autres responsabilités juridiques.
Dans l’ensemble, la gestion thermique doit faire partie intégrante du processus de conception pour garantir un fonctionnement fiable et sûr, la conformité aux exigences réglementaires, les économies de coûts, la durabilité environnementale et la réputation de la marque.
La différence Boyd pour les solutions de gestion thermique
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