Wärme-, Akustik- und Leistungsprobleme bei Tablets lösen

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Anwendungsbeispiel Tablet-Computer

Tablets sind ein gutes Beispiel für die multidisziplinären und vielschichtigen Herausforderungen, die mit Kühllösungen für elektronische Handheld-Geräte einhergehen. Die meisten Anwendungen, die auf Laptops ausgeführt werden können, laufen auch auf Handheld-Geräten.

Mit steigender Rechenleistung stößt die Leistungsaufnahme der kleinen Komponenten in den Produkten jedoch an ihre Grenzen und die eingeschränkten Platzverhältnisse limitieren die Möglichkeiten für Wärmemanagement-Lösungen. Tablets mit der Leistungsfähigkeit von Laptops benötigen Zwangskonvektion.

Die Zukunft dieser komplexen Produkte hängt davon ab, dass Software-, Maschinenbau-, Elektro- und Thermoingenieure zusammenarbeiten und gemeinsam die besten Designentscheidungen treffen.

Kühlungsoptionen für ein leistungsstarkes Tablet

Bill Maltz und seine Kollegen bei Electronic Cooling Solutions untersuchten mit Hilfe von FloTHERM die Herausforderungen beim thermischen Design eines durch Zwangskonvektion gekühlten Tablets. In der Anwendung kommen Lüfter zum Einsatz, die den Luftstrom durch das Tablet leiten.

Highend-Tablets müssen aufgrund ihrer hohen Leistung zwangsweise gekühlt werden. Der Hauptprozessor und die Grafikprozessoren sind die Komponenten, die am meisten Wärme erzeugen. Zwei Wärmetauscher kühlen sowohl die GPUs als auch die CPU, die über Heat-Pipes miteinander verbunden sind.

Die Wärmetauscher werden durch zwei Lüfter auf beiden Seiten der Platine aktiv gekühlt. Die hintere Außenwand des Tablets ist aus Magnesium gegossen und galvanisiert, die vordere Außenwand besteht aus Kunststoff. Für die Wärmeübertragung durch Abstrahlung ist der Emissionsgrad der äußeren Oberfläche des Tablets äußerst wichtig.

In Tablets mit natürlicher Konvektion erfolgt der Wärmetransfer an die Umgebung etwa zur Hälfte durch Abstrahlung. Bei Tablets mit Zwangskonvektion ist aufgrund der geringen Luftströmungsrate die Wärmeabstrahlung aber immer noch wichtig.

Um einen Vergleich für die virtuellen Modelle zu erhalten, hat das Team mit Hilfe von Infrarot- und Thermoelementmessungen den Wärmfluss und die thermischen Eigenschaften von Teilen des Tablets wie Außenhaut, interne Komponenten und Lüfter charakterisiert.

Zudem führte es akustische Tests durch, da ergonomische Aspekte wie Geräuschpegel und Konstruktionsfaktoren einschließlich Gewicht und Batterielebensdauer den maximal verfügbaren Luftstrom in Geräten beeinflussen, die durch Zwangskonvektion gekühlt werden.

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