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THERMAL MANAGEMENT Raffreddamento per convezione Per evitare il surriscaldamento dei componenti e dei di- spositivi, gli ingegneri possono prevedere nel progetto anche altri sistemi di raffreddamento, uno dei quali è quello per convezione. La convezione è il trasferimento di calore attraverso un fluido, ma tipicamente si tratta dell’aria (Fig. 3). Se il flusso del fluido è perturbato dalle forze gravita- zionali si tratta di convezione naturale, mentre se tale flusso è originato da mezzi esterni come ventole, si trat- ta di convezione forzata. Dal momento che il tasso di dissipazione del calore è proporzionale alla portata del flusso d’aria, il raffreddamento ad aria forzata forni- sce un maggiore grado di raffreddamento rispetto alla convezione naturale. Occorre ricordare, tuttavia, che le ventole assorbono un certo tasso di energia dal sistema e, in più, generano rumore acustico nell’ambiente cir- costante. L’efficienza del raffreddamento per convezione può essere migliorata con un dissipatore di calore (termica- mente conduttivo) al fine di aumentare la superficie di contatto del componente verso l’ambiente circostante. Una maggiore pressione di contatto aiuta anche a mi- gliorare il trasferimento termico nel dissipatore di calore. Alla base dell’intero sistema di raffredda- mento vi sono complesse formule che tengono conto di svariati para- metri termici ed elettrici dei com- ponenti coinvolti. I dissipatori di calore sono fabbricati mediante processi di stampaggio, estrusione o fusione utilizzando alluminio, rame o altre leghe. Essi, di solito, hanno una struttura alettata per aumentare il più possibile la su- perficie utile per il raffreddamento. Per migliorare il raffreddamento, una o più ventole vengono utilizzate per produrre un flusso di aria forza- ta verso il dissipatore stesso. Con l’applicazione di una pasta termicamente condut- tiva si riduce ulteriormente lo spazio tra il componente e il dissipatore di calore, riducendo la resistenza ter- mica. Altri metodi di raffreddamento più importanti prevedono l’utilizzo di sistemi liquidi o celle di Peltier. Anche l’incorporamento selettivo di pezzi di rame, spesso sotto forma di profili o di fili, provoca una rapi- da distribuzione del calore nel PCB (vedi soluzione in figura 4). Tali profili, che hanno una connessione diret- ta con il PCB, possono essere inseriti in qualsiasi strato di una scheda, rafforzando il modello su percorsi defi- niti. Ciò consente di ottenere un miglioramento signi- ficativo delle prestazioni, anche con i progetti esistenti. L’adozione di componenti elettronici di commutazio- ne efficienti è, dunque, il primo passo da compiere per intraprendere un’ottima gestione termica nei dispositi- vi di potenza. La ricerca è focalizzata sulla continua riduzione del va- lore di RDSon, al fine di ottenere, dai dispositivi elet- tronici di potenza, prestazioni maggiori e temperature d’esercizio minori. Fig. 2 – la dissipazione di un MOSFET SiC è estremamente limitata, grazie alla sua RDSon bassa Fig. 3 – I sistemi per la dissipazione del calore non riguardano solo i circuiti elettrici e le parti meccaniche, ma anche i generatori di energia (Fonte: Bosch) Fig. 4 – Il rame integrato consente la dissipazione diretta del calore (Fonte: www.haeusermann.at) XI POWER 25 - MAGGIO 2021