Fuentes de alimentación conmutadas con refrigeración híbrida por conducción y convección

Las aplicaciones electrónicas generan calor que, cuando es excesivo, puede reducir la eficiencia, acortar la vida útil de los componentes e incluso provocar fallos térmicos. Las fuentes de alimentación basadas en ventilador son favorables para muchas aplicaciones, pero no para aquellas en las que la eficiencia, el silencio y un rendimiento fiable son primordiales.

Para mantener una temperatura de funcionamiento óptima se utilizan varios métodos de refrigeración, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. Las fuentes de alimentación tradicionales se basan en la refrigeración por aire forzado, que emplea ventiladores para mover activamente el aire a través de los componentes que generan calor, o en la refrigeración por convección pasiva, que se basa en disipadores y flujo de aire para disipar el calor. Otras opciones son la refrigeración por conducción y la refrigeración líquida.

TRACO Power ofrece una serie de soluciones de alimentación sin ventilador para aplicaciones industriales, médicas y de telecomunicaciones. La serie TCI de la empresa permite una gestión térmica mejorada que reduce las pérdidas de energía relacionadas con el calor y mejora la fiabilidad del sistema para un funcionamiento continuo. Proporcionan una solución de potencia refrigerada por conducción utilizando una placa base adecuada, con la opción de utilizar refrigeración por convección, así como refrigeración por aire forzado, lo que las hace muy versátiles para una amplia gama de aplicaciones.

Ordenar las opciones

Cada método de refrigeración presenta ventajas y desventajas en cuanto a eficacia, tamaño, costo y fiabilidad. Al diseñar sistemas de refrigeración para componentes electrónicos, los diseñadores de productos deben tener en cuenta:

• Requisitos de disipación de potencia
• Limitaciones de espacio
• Necesidades de fiabilidad
• Costo y complejidad

Al seleccionar la estrategia de refrigeración adecuada, los diseñadores pueden mejorar la eficiencia, la fiabilidad y el rendimiento en diversas aplicaciones electrónicas. Estos son los métodos típicos de refrigeración que deben tenerse en cuenta en el desarrollo de aplicaciones:

• Convección: La refrigeración por convección se basa en el movimiento natural del aire caliente ascendente que es sustituido por aire más frío, permitiendo la disipación térmica sin ningún componente activo. Es barato y fiable, pero de eficacia limitada, sobre todo en espacios cerrados donde el flujo de aire está restringido. La refrigeración pasiva por convección ofrece una gran fiabilidad, pero no es adecuada para aplicaciones de alta potencia que generan mucho calor.
• Aire forzado: La refrigeración por aire forzado utiliza ventiladores para mover activamente el aire a través de los componentes generadores de calor para mejorar la disipación térmica. Este método se utiliza habitualmente en fuentes de alimentación industriales, sistemas informáticos y electrónica de alta potencia. Los ventiladores consumen energía e introducen ruido y posibles puntos de fallo, pero evitan eficazmente el sobrecalentamiento y el estrangulamiento térmico para mantener la estabilidad del sistema en entornos exigentes.
• Disipadores térmicos: Los disipadores térmicos utilizan la conducción térmica para transferir el calor de los componentes a una superficie mayor, permitiendo que el calor se disipe en el aire circundante. La mayoría de los disipadores incorporan diseños con aletas para maximizar la superficie y mejorar la refrigeración mediante convección natural o forzada. Aunque existen disipadores de perfil fino para aplicaciones compactas, normalmente se necesitan disipadores de mayor tamaño para disipar grandes potencias.
• Placas frías: Las placas frías utilizan una placa base metálica gruesa para alejar el calor de un componente y distribuirlo sobre una superficie mayor.  
• Refrigeración líquida: La refrigeración líquida depende de un sistema de circuito cerrado en el que el refrigerante absorbe el calor de los componentes y lo transporta a un radiador o intercambiador de calor para su disipación. Este método se utiliza habitualmente en aplicaciones de alta potencia como la aeroespacial, la automoción y la informática de alto rendimiento, donde los ventiladores y disipadores por sí solos son insuficientes. Sin embargo, la refrigeración líquida requiere ingeniería, complejidad y mantenimiento adicionales.
• Compuestos térmicos: Los compuestos térmicos, como la pasta o la grasa térmica, reducen la resistencia térmica entre los componentes electrónicos y las superficies de refrigeración, pero no disipan el calor por sí solos. Al rellenar los microscópicos huecos de aire, estos compuestos mejoran la eficacia de la transferencia de calor, garantizando que los disipadores térmicos, las placas frías o los dispersores de calor puedan funcionar eficazmente. Algunos compuestos térmicos también sirven como adhesivos para fijar soluciones de refrigeración sin fijaciones mecánicas.

El diseño híbrido de TRACO Power

La serie TCI de fuentes de alimentación conmutadas de TRACO Power utiliza un diseño de carcasa híbrido que admite refrigeración tanto por convección como por conducción (Figura 1), lo que la hace muy versátil para diferentes estrategias de gestión térmica.

Figura 1: El diseño híbrido de la carcasa de TRACO Power ofrece a los diseñadores opciones de refrigeración por conducción y convección. (Fuente de la imagen: TRACO Power)

Para la refrigeración por conducción, la carcasa metálica garantiza una transferencia eficaz del calor a una placa base, un disipador térmico o un chasis conectados, lo que permite una disipación pasiva del calor. Este puede ser un enfoque preferible para recintos sellados donde el flujo de aire forzado mediante ventiladores no es práctico o posible.

Los componentes internos encapsulados están conectados térmicamente, lo que optimiza la propagación del calor y permite que la convección natural elimine el exceso de calor. Cuando se monta al aire libre, el diseño híbrido sigue permitiendo en muchos casos la refrigeración pasiva sin necesidad de disipadores adicionales.

La serie TCI ofrece capacidades térmicas superiores combinando las mejores características de los tipos de carcasa de conducción y convección. Puede generar niveles de potencia significativamente superiores sin necesidad de ventilador dentro del mismo factor de forma que los diseños de fuentes de alimentación tradicionales. En una configuración refrigerada por conducción, según TRACO Power, la serie TCI puede suministrar hasta el 100% de su potencia de salida máxima nominal, lo que la convierte en una opción ideal para configuraciones de aplicaciones sin ventilador.

El diseño híbrido de la serie TCI proporciona una transferencia de calor óptima mediante una placa base adecuada y la conexión térmica eficiente de los componentes individuales a través de un compuesto de encapsulado especial. El avanzado compuesto permite que los componentes individuales funcionen con la máxima eficiencia, algo difícil de conseguir con los sistemas de alimentación de diseño convencional.

La serie TCI está diseñada específicamente para soluciones refrigeradas por conducción con requisitos de potencia de 130 W a 500 W, lo que las hace especialmente útiles para aplicaciones sin ventilador. Con una placa base adecuada, pueden funcionar con seguridad hasta al 100% de su potencia nominal.

La TCI 130-124-J de 130 W (Figura 2) es una fuente de alimentación encapsulada de CA/CC refrigerada por conducción que se centra en ofrecer un excelente comportamiento de refrigeración a temperatura constante al tiempo que maximiza la eficiencia. Con una impresionante eficiencia del 92%, la unidad ofrece un rango de temperaturas de funcionamiento de -30 °C a +50 °C sin reducción de potencia, y de hasta +80 °C con reducción de carga o refrigeración forzada. Su rango de temperatura de almacenamiento es de -30 °C a +80 °C, y sus dimensiones son 80 mm x 59.7 mm x 43.2 mm (3.15" x 2.35" x 1.7").

Figura 2: El TCI 130-124-J de TRACO Power es una unidad CA/CC de 130 W refrigerada por conducción. (Fuente de la imagen: TRACO Power)

La TCI 240-112-J de 240 W (Figura 2) presenta los mismos rangos de temperatura de funcionamiento y almacenamiento que la unidad de 130 W. Sus dimensiones son 104 mm x 62,5 mm x 39,2 mm (4,1" x 2,46" x 1,54"). Los modelos TCI130 y TCI240 vienen de serie en paquetes con carcasa metálica y ofrecen un rendimiento del 100% sin necesidad de ventilador cuando se montan en un chasis o placa base metálica.

Figura 3: Cuando el TCI 240-112-J de TRACO Power se monta en un chasis metálico o placa base, ofrece una salida del 100% sin necesidad de ventilador. (Fuente de la imagen: TRACO Power)

El TCI 500U-124U-T (Figura 3) con embalaje en U puede suministrar hasta el 90% de la potencia máxima de salida sin necesidad de ventilador. Presenta el mismo rango de temperaturas de funcionamiento que las series TCI 130 y TCI 240 y tiene una temperatura de almacenamiento de -30 °C a +85 °C. Tiene unas dimensiones de 130 mm x 83 mm x 40 mm (5.12" L x 3.27" W x 1.57"). También dispone de control remoto de encendido y apagado para su integración en sistemas automatizados de gestión de la alimentación y entradas de detección remota para compensar las caídas de tensión en tendidos de cables largos.

Figura 4: El TCI 500-124U-T tiene una tensión de salida de 24 V CC con una eficiencia del 91%. (Fuente de la imagen: TRACO Power)

Las características térmicas y eléctricas homogéneas de la serie TCI facilitan la integración y escalabilidad entre productos, lo que permite a los diseñadores de productos empezar con diseños de menor potencia y pasar a una potencia superior según sea necesario. Las tres potencias nominales cumplen las estrictas normas de compatibilidad electromagnética (CEM) y aislamiento de los sectores regulados.

Conclusión:

Las fuentes de alimentación conmutadas sin ventilador refrigeradas por conducción garantizan un funcionamiento silencioso, una mayor fiabilidad y una gestión térmica mejorada en aplicaciones industriales, médicas y de telecomunicaciones. TRACO Power ofrece tres potencias nominales en su serie TCI que proporcionan escalabilidad de potencia, factores de forma compactos y amplios rangos de temperatura de funcionamiento. Estas fuentes de alimentación se integran a la perfección en carcasas selladas y con limitaciones de espacio, proporcionando una alta eficiencia y disipación térmica para la gestión de la energía en entornos exigentes.