Mouser / Wärmemanagement Den geeigneten Lüfter finden

Angesichts immer dichter bestückter Leiterplatten gestaltet sich das Wärme­management auch immer herausfordernder. Die aktive Lüftung ist ein äußerst effizientes Verfahren, um die auf einer Platine innerhalb des Gehäuses erzeugte Wärme abzuleiten. Doch wie finde ich den passenden Lüfter?

Ein wichtiger Aspekt bei der Elektronikentwicklung ist das Wärmemanagement, denn bestimmten Komponenten (ICs, diskrete Leistungshalbleiter und passive Komponenten) auf einer Platine geben Verlustleistung in Form von Wärme ab. Mithilfe eines wirksamen Wärmemanagements müssen Entwickler dafür sorgen, dass ihr System sicher und zuverlässig arbeitet. Um Wärme abzuleiten, stehen unterschiedliche Technologien zur Verfügung. Sie beruhen auf einem der drei folgenden Prinzipien: Leitung (Konduktion), Konvektion oder Strahlung. Mit einem soliden Verständnis des thermischen Pfads zur Ableitung unerwünschter Wärme aus dem jeweiligen System können die Entwickler das am besten geeignete Verfahren für das angestrebte Resultat auswählen.

Wärmeleitung ist der einfachste Weg, um Verluste aus einem System abzuführen. Sind die elektronischen Komponenten jedoch in einem Gehäuse untergebracht (etwa bei der Rackmontage), beeinträchtigt dies die Effizienz der Wärmeableitung. Aus diesem Grund wird die Wärmeentwicklung in den vielen Systemen mit Gehäuse durch aktive Belüftung bekämpft, wofür grundsätzlich ein Lüfter nötig ist. Ein Lüfter, der den Systemanforderungen entspricht, begünstigt eine lange und störungsfreie Betriebsdauer. Andernfalls ist der Lüfter mit großer Sicherheit die Ursache auftretender Störungen – wenn auch meist nicht direkt, sondern meist durch den Ausfall wärmeempfindlicher Komponenten. Ein Lüfter sollte daher sehr sorgfältig ausgesucht werden, um möglichst schnell einen für das Systemdesign geeigneten, kostengünstigen Lüfter zu finden. Zudem sind am Markt ganz unterschiedliche Lüfter erhältlich, was dies nicht gerade erleichtert.

Wenn es um die Entwicklung von Lösungen im Bereich Wärmemanagement geht, sollten Entwickler zunächst ein genaues thermisches Profil ihres Systems erstellen. So erkennen sie, wo und in welchem Ausmaß Wärme entsteht. Dabei sind alle denkbaren Betriebsbedingungen zu berücksichtigen. Durch Temperaturfühler auf der Leiterplatte und im Gehäuse lassen sich alle hierfür benötigten Daten erfassen. Anschließend können sie Platzierung und Umfang des benötigten Wärmemanagements bestimmen. Neben der Erhebung von Daten zur Wärmeerzeugung der verbauten Elektronikbauteile erhalten die Entwickler so auch wichtige Informationen zur Luftströmung rund um das System sowie zu möglichen Impedanzen.

Die Systemimpedanz, also der Druckunterschied zwischen den Luftein- und -auslässen, ist entscheidend, um den insgesamt benötigten Luftdurchsatz zu bestimmen, den der ausgewählte Lüfter erzeugen soll. Die Systemimpedanz lässt sich durch den von Sensoren ermittelten Druckunterschied bestimmen. Bessere Ergebnisse lassen sich allerdings erzielen, wenn das gesamte System in einer Luftkammer platziert wird. Handelt es sich um ein größeres System (beispielsweise ein Rechenzentrum), kann moderne numerische Strömungsmechanik angewendet werden. Mit diesem Verfahren lassen sich noch präzisere thermische Profile erstellen.