Dans l'article d'aujourd'hui, nous souhaitons vous présenter un autre sujet tout aussi important du point de vue du concepteur - lié au refroidissement des systèmes électroniques. Dans cet article, vous découvrirez pourquoi il est important de contrôler la température de fonctionnement des sous-ensembles et comment cela peut être réalisé. Nous présentons différentes méthodes par lesquelles la fonction de refroidissement peut être réalisée, ainsi que les meilleures pratiques de conception permettant d'améliorer l'évacuation de l'énergie thermique.
Comme vous le savez certainement bien, il n'existent pas de processus à cent pour cent d'efficacité. Chaque transformation d'énergie s'accompagne d'une certaine perte, le plus souvent sous forme de chaleur - cela découle directement des principes de la thermodynamique. Les systèmes électroniques ne font pas exception - les composants, les pistes et les conducteurs chauffent pendant leur fonctionnement.
De nombreux composants modernes possèdent une plage de températures de fonctionnement relativement étroite. Une température trop élevée peut perturber leur bon fonctionnement, entraîner une perte de performance ou même provoquer leur panne. C'est donc pour cette raison qu'il est important d'assurer une dissipation thermique adéquate afin de maintenir la température du système sous contrôle.
Le radiateur est la méthode de refroidissement des composants électroniques la plus couramment utilisée. C'est un échangeur de chaleur passif dont la conception vise à augmenter la surface d'échange de l'énergie thermique vers l'environnement. L'énergie est transférée de la base du radiateur vers ses ailettes, d'où elle est ensuite dissipée dans l'air ambiant. L'échange d'air se fait par convection, c'est pourquoi les ailettes du radiateur doivent être orientées verticalement. Il est également essentiel d'assurer un apport constant d'air - par exemple en utilisant des ouvertures de ventilation dans le boîtier. Pour augmenter encore l'efficacité du radiateur, on peut forcer le flux d'air à l'aide d'un ventilateur - on parle alors de refroidissement actif. Les radiateurs sont fabriqués en métaux à haute conductivité thermique - généralement en aluminium ou en cuivre. La solution la plus choisie reste cependant les radiateurs en aluminium, car malgré une conductivité thermique un peu inférieure, ils sont plus légers et moins coûteux à produire. Il existe de nombreuses méthodes de fabrication des radiateurs - parmi elles, l'extrusion, le fraisage ou le forgeage matriciel. Il est aussi possible d'intégrer le radiateur directement dans le boîtier de l'appareil - cette solution est utilisée notamment dans les alimentation modulaires et autres appareils ne nécessitant pas une grande capacité de refroidissement.
Pour que le système de refroidissement puisse efficacement remplir sa fonction, il faut assurer un transfert thermique efficace entre l'élément refroidi et le radiateur. Cela est rendu possible grâce à différents types de préparations facilitant l'échange de chaleur - il s'agit le plus souvent de pâtes thermoconductrices. Elles sont composées de substances à haute conductivité thermique - généralement des métaux, des silicones ou des matériaux céramiques. Leur rôle est de combler les irrégularités microscopiques des surfaces des composants, augmentant ainsi leur surface de contact. Afin d'assurer le meilleur échange d'énergie thermique, la couche de pâte doit être aussi fine que possible.
Le paramètre fondamental caractérisant une pâte thermoconductrice est sa conductivité thermique, définissant la puissance maximale de chaleur dissipée pour une surface de contact, une épaisseur et une différence de température données. Il est également important de considérer sa résistance au dessèchement, qui permet à la pâte de conserver ses propriétés plus longtemps et d’accomplir efficacement sa fonction sans nécessiter un remplacement fréquent.
Pour vous familiariser davantage avec le sujet, voici un exemple de pâte que nous proposons : IE-HAY-410. C'est une pâte thermoconductrice silicone à usage général, avec une conductivité thermique de 1,42 W/(m*K). Elle possède une caractéristique remarquable : une large plage de températures de fonctionnement, allant de -30 °C jusqu'à 280 °C. Cela fait de cette pâte un excellent choix pour de nombreuses applications, allant des capteurs bimétalliques jusqu'aux systèmes de refroidissement avancés composés d'éléments Peltier. Nous vous invitons à découvrir l'offre de pâtes thermoconductrices de la société InterElcom !
| Symbole | IE-HAY-410 |
| Type | Pâte thermoconductrice silicone |
| Conductivité thermique | 1,42 W/(m᛫K) |
| Plage de températures de fonctionnement | -30÷280°C |
| Emballages disponibles | Sachet (0,5 g), seringue (20 g), pot (100 g) |
Outre les pâtes, il existe aussi d'autres solutions remplissant une fonction similaire. Parmi elles, on trouve notamment les cales thermoconductrices - elles sont particulièrement utiles là où il est impossible de contrôler précisément la distance entre l’élément refroidi et le radiateur. Il existe aussi des colles spéciales et des rubans adhésifs thermoconducteurs. Certains types de composants permettent également l'utilisation de gaines et cales en silicone, facilitant leur fixation au radiateur avec des vis.
À première vue, il pourrait sembler que les circuits imprimés couramment utilisés ne conviennent pas comme éléments de refroidissement. Il s'avère cependant qu'un grand nombre de composants s’appuient sur la conception du circuit imprimé pour dissiper la chaleur excédentaire et ainsi assurer des conditions optimales de fonctionnement. Cela concerne principalement des éléments tels que les microcontrôleurs, les LED haute puissance, les transistors ainsi que les circuits intégrés des convertisseurs et des amplificateurs. Ils utilisent à cette fin ce qu'on appelle un pad thermique - une sortie spécialement conçue qui, en se connectant au circuit imprimé, permet une dissipation efficace de la chaleur. Le radiateur est alors formé par une zone unifiée de cuivre, dont la taille et la forme doivent correspondre aux exigences du composant. L'efficacité de ce type de refroidissement peut être encore améliorée en utilisant des radiateurs spéciaux montés directement sur le PCB.
Une autre option est l'utilisation de circuits imprimés à base d'aluminium. Ils permettent une dissipation encore plus efficace de l'énergie thermique, ainsi qu'une intégration aisée avec d'autres systèmes de refroidissement. Ils sont principalement utilisés dans l'éclairage LED, où une grande quantité de chaleur est générée, alors que les circuits simples ne nécessitent pas plus d'une seule couche.
Lisez aussi : Diode LED – caractéristiques des paramètres clésLa tâche du concepteur de circuits imprimés est de prendre en compte la chaleur produite par les composants et sa dissipation. Un manquement dans ce domaine peut entraîner une réduction de la durée de vie des sous-ensembles ou leur défaillance prématurée. Cela concerne particulièrement les composants sensibles à la surchauffe, tels que par exemple les LED haute puissance. Pour s'assurer qu'un composant bénéficie d'un refroidissement optimal, il est judicieux de s'inspirer des solutions proposées par le fabricant dans la fiche technique. Pour des systèmes plus complexes, les simulations informatiques peuvent s'avérer utiles.
Une bonne stratégie pour éviter les problèmes de surchauffe est de limiter la production de chaleur dans les systèmes. À cette fin, il convient d'utiliser des solutions et technologies modernes, conçues pour une efficacité maximale. Un excellent exemple est l'utilisation d'une convertisseur de tension au lieu d'un régulateur linéaire, ou le remplacement du transformateur réseau par une alimentation à découpage efficace. Il est également important de veiller à ce que les composants ne fonctionnent pas à leur puissance maximale pendant une longue période, car cela génère généralement plus de chaleur. Cela permet de mieux contrôler la température des systèmes et donc d'assurer leur fonctionnement long et sans panne.
La conception et la construction d'un appareil fiable peuvent constituer un vrai défi, c'est pourquoi il est préférable de confier cette tâche à des professionnels. La société InterElcom est spécialisée dans la conception et la production de systèmes électroniques, ainsi que dans la distribution d'une large gamme de composants. Notre équipe qualifiée et expérimentée veille constamment à ce que nos produits répondent aux exigences les plus strictes de nos clients. Les solutions que nous créons sont utilisées non seulement dans l'industrie de l'éclairage, mais aussi dans de nombreux secteurs industriels, où elles remplissent leurs fonctions de façon fiable depuis des années. Rejoignez le groupe des clients satisfaits de la société InterElcom - contactez-nous dès aujourd'hui !
