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被动散热管理方案助力医疗电子设备小型化(2)
  • 2010-09-26 11:20
  • 作者:佚名
  • 来源:创e时代

机架式导热管组件可以提供完善的热稳定性且技术维护工作量不大。

还有一个更简单的散热方案是利用被动散热技术,将散热片与嵌入式蒸汽腔(本质上就是将一个导热管调整为扁平状态成为平坦的导热管)相组合,或使用表面整合了导热管的散热片。这两种方案都可以通过蒸发嵌入式导热管或蒸气腔中的工作液来快速而均匀地传热。水蒸气携热量均匀地通过散热片的整个底板表面和散热鳍片,避免了热点的出现。因为散热片是等温的,所以穿过散热鳍片的流动空气带走的热量最多。 

总的来说,医疗设备转向被动散热设备(如,导热管、散热片和蒸汽腔)的趋势反映了朝尺寸更小、功能更强大和更微型化电子产品的不断演进。尽管有更多的传统冷却方案(制冷、TEC、液体冷却板、等等)仍是有些医疗设备最适当的选择,然而设计师们发现,随着被动冷却技术的发展,它将变得越来越有吸引力。

材料结构所取得的一系列进步也使得被动散热方案对医疗设备设计人员而言更具吸引力。例如,随着热解石墨(APG)的出现,使得相比传统的铝或铜质散热片尺寸更小、重量更轻和散热更有效的散热组件成为可能。

随着产品朝着更微型化和电子外壳更小型化的趋势发展,导热率更高的材料可以助设计人员一臂之力。APG的有效热传导率为1000 W/m•K,这是固体铝的5倍,固体铜的2.5倍。APG也可以被封装用于手术器械等应用。在这类应用中,出于对组织损坏、结疤或感染的考虑,避免APG与人体组织相接触至关重要。

APG等材料的发展有助于解释为什么医疗设备设计人员更多地选择被动散热控制系统。因为这些系统不仅能提供更广泛的选择,并且在很多情况下能提供更好的散热管理方案选项。相比传统的液体冷却方案,被动散热系统更可靠(传送部件越少意味着失效的风险也越低)、维修工作量减少、设计更灵活,运行更安静,并且在许多情况下更容易管理成本。下文给出了多个整合在一些重要医疗设备应用中的被动散热管理概念的示例。

因为电子产品的性能在达到临界温度之后会迅速下降,外壳冷却对用到电子元器件较多的技术至为关键,如磁共振成像(MRI)、电脑断层扫描(CT)、超声波和X光(X射线)。温度的细微波动都将影响校准和结果,从而导致代价昂贵的停机和维修。在推动扫描仪、生物技术设备及实验室微化验等医疗设备测试结果的可重复性和可再现性朝着接近完美的程度(≥95%)发展,美国FDA扮演了重要的角色。为了确保其精确性,仅单独一台诊断成像机 (21 CFR 900.12),规范就强制要求进行31项单独的测试,其中有很多项测试会受到散热性能的影响。竞争性的诊断医疗设备市场使得严格的散热控制成为电子产品设计中更为重要的因素。

设计人员通常要在很窄的温度变化范围(ΔT)内开展工作,设备机箱内部和外部环境温度一般相差10℃。多个发热源(如设备电源以及其它分立电子组件)可产生1200瓦或1200瓦以上的总输出功率,其中有400瓦为需要排放的废热。在限制风扇大小和风速的情况下,要实现静音工作变得更加复杂。

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标签:医疗设备散热  被动散热  诊断成像  电脑断层扫描  医疗低功耗  
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