Comparatif des techniques de refroidissement actif de circuits imprimés

Dans le domaine de l’électronique, le refroidissement n'est pas un point à négliger. J'en sais quelque chose depuis le jour où la carte mère de mon ordinateur portable a fondu. En 2010, j'avais acheté un ordinateur haut de gamme pour jouer à un nouveau jeu vidéo extrêmement gourmand. Il était équipé d'une carte graphique incroyable, mais son système de gestion thermique n'était pas assez puissant. J'aurais dû me douter qu'il y avait un problème lorsque le clavier devenait tellement chaud quand je jouais à des jeux, que je ne pouvais même pas le toucher. Peu de temps après, mon ordinateur ne marchait plus. Je l’ai amené à un atelier de réparation, où on m'a dit que certains composants internes avaient fondu. Heureusement, il était encore sous garantie, c'est donc le fabricant qui a dû payer la facture. Peut-être que si cet ordinateur avait été conçu avec un système de refroidissement plus puissant, cette catastrophe aurait pu être évitée. Si vous ne voulez pas que vos produits fondent, il vous serait probablement utile d'étudier les différentes techniques de refroidissement grâce auxquelles vos circuits imprimés n'auront jamais chaud. Il s’agit de composants tels que des ventilateurs, des générateurs de vent ionique et des soufflet piézoélectriques. Chaque processus de gestion thermique comporte ses propres avantages et inconvénients : bien les connaître vous aidera à choisir le meilleur système pour votre produit.

Un refroidissement optimal

Vous ne voulez pas seulement éviter que vos cartes ne prennent feu, vous voulez aussi un système de refroidissement de l’électronique optimal. Si vous travaillez sur des systèmes embarqués ou toute autre application à faible puissance, il vous faudra utiliser le meilleur système de refroidissement. De plus, il vous faut un système de refroidissement qui ne prenne pas trop de place et nécessite peu d'entretien. C’est pourquoi je vais vous parler de la consommation d’énergie, des dimensions et de l’entretien de chaque système que nous allons passer en revue.

Je ne recommanderais pas ce système de refroidissement pour votre électronique  

Les ventilateurs

Après l'épisode de mon portable, la carte graphique a été remplacée par une carte moins puissante pour éviter la surchauffe. Mais mon ordinateur surchauffe encore. Alors maintenant, j’ai pris l'habitude de placer un ventilateur de bureau à côté de lui lorsqu’il est allumé. Mais intéressons-nous de plus près aux ventilateurs qui se placent à l’intérieur des ordinateurs.

• Consommation d'énergie - De tous les systèmes de refroidissement actif, les ventilateurs sont les plus utilisés, car ils sont simples et plutôt bon marché. Cependant, les ventilateurs consomment une quantité d'énergie relativement importante. Si vous concevez un circuit imprimé à basse consommation, je ne vous recommanderais pas de le refroidir avec votre ventilateur de moyenne gamme. Ceci dit, il y a quelques exceptions à la règle, comme le Sandia Cooler des laboratoires Sandia. Ce ventilateur est très efficace, et utilise jusqu'à 7 % d'énergie en moins par rapport à un ventilateur normal.
• Dimensions - Si vous cherchez quelque chose de petit, oubliez cette solution. Les ventilateurs sont grands, doivent être montés dans une sorte de cadre et nécessitent un moteur. Ces engins-là sont plus faits pour le macro que le micro. 
• Entretien - Bien qu'ils ne nécessitent pas autant d'entretien que d'autres systèmes, les ventilateurs doivent être nettoyés assez souvent. La poussière s'installe sur les ventilateurs, réduisant ainsi leurs performances et augmentant le risque de détérioration. Là encore, cependant, le Sandia Cooler a su atténuer ce problème. Il tourne beaucoup plus vite qu'un ventilateur normal, empêchant ainsi les particules de poussière de se poser.

Les générateurs de vent ionique

Quand j’entends « vent ionique », j'imagine des rafales terrifiantes dans l’espace. La réalité est un peu moins intéressante. Les générateurs de vent ionique  (également connus sous le nom d'effet corona ou de jets ioniques) sont constitués d’une plaque chargée positivement et d'une autre chargée négativement. Le champ électrique obtenu entre les plaques crée un vent doux. Comme le vent est généré par des pièces qui ne sont pas en mouvement, cette solution est silencieuse.

• Consommation d'énergie - En ce qui concerne l'énergie, le vent ionique se situe au-dessus des ventilateurs traditionnels. Ils sont nettement plus efficaces, mais à quel point, cela reste à déterminer. Toutefois, cela fait d'eux une solution adéquate pour les applications basse consommation.
• Dimensions - Les générateurs de vents ioniques ne sont constitués que de deux plaques chargées électriquement : ce système est donc beaucoup plus facile à insérer dans un boîtier qu'un ventilateur. Vous pouvez rapprocher les plaques l'une de l'autre ou bien les éloigner ; vous faites comme bon vous semble. L'alimentation électrique de ces systèmes risque d'être difficile à fournir, car vous devrez convertir l'alimentation entrante en une tension beaucoup plus élevée.
• Entretien - Si les jets ioniques ont soufflé sur vous un vent d'enthousiasme, préparez-vous à être déçus. Le manque de fiabilité est leur principal défaut. La plaque positive s'oxyde rapidement en raison de sa charge, réduisant alors l'efficacité du générateur, ce qui rend cette technologie inutilisable. 

En matière de technique de refroidissement de circuit imprimé de la vieille école,  vous pouvez utiliser un soufflet normal 

Les soufflets piézoélectriques

Au lieu d'utiliser un ventilateur avec système oscillant pour refroidir mon ordinateur portable, j'aurais pu utiliser un soufflet. Le seul problème avec les soufflets, c'est qu'il faut quelqu'un pour les actionner, et je n'ai aucun apprenti forgeron sous la main. De plus, il est même impossible d'insérer un soufflet dans un circuit imprimé. Alors, comment ça fonctionne ? Les soufflets piézoélectriques sont constitués de deux plaques formées de matériaux piézoélectriques qui vibrent lorsqu'une charge les traverse. Cette vibration fait entrer et sortir de l'air, exactement comme un ventilateur. Un modèle GE mesure 4 mm, et prend donc très peu de place.

• Consommation d'énergie - Chers amis, nous avons un champion : on estime que ce drôle de système consomme 1/10e de l'énergie que consomme un ventilateur classique. Si vous cherchez une solution éco-énergétique, la voici.
• Dimensions - Les soufflets piézoélectriques peuvent prendre aussi peu de place qu'un générateur de vent ionique. C'est donc la solution idéale pour les petits formats.
• Entretien - Pour être honnête, je ne suis pas sûr de savoir quel type d'entretien est nécessaire pour  cette technique de refroidissement de circuits imprimés. Cependant, aucun des articles que j'ai lus ne mentionne un quelconque entretien, donc je ne m'inquiète pas trop à ce sujet.

Le refroidissement par liquide

Si comme moi vous jouez aux jeux vidéo, je suis sûr que vous connaissez bien le refroidissement liquide. Pour ceux qui sont un peu plus matures que moi, les systèmes de refroidissement utilisent un liquide quelconque (eau, fluide frigorigène, huile non conductrice) à la place de l'air pour évacuer la chaleur. L'air est en effetun isolant, et constitue donc un mauvais choix lorsqu'il s'agit de conduire la chaleur. Les systèmes de refroidissement liquide permettent d'évacuer la chaleur des composants électroniques 2 à 10 fois plus rapidement qu'un système traditionnel.

• Consommation d'énergie - À grande échelle, le refroidissement par liquide peut s'avérer beaucoup plus efficace. Quand je dis grande échelle, j'entends par là « ferme de serveurs ». En ce qui concerne les applications plus modestes, l'argent que vous économiserez sur les coûts d'exploitation sera probablement dépensé pour faire face aux coûts initiaux.
• Dimensions - Ces systèmes sont encombrants... très encombrants même. En général, les gens aiment montrer leurs systèmes de refroidissement liquide, il est donc logique que ceux-ci prennent le plus de place possible. Même si vous êtes un peu plus modeste, c'est un système qui prend tout de même beaucoup de place. Si vous avez un centre de données, par exemple, vous avez probablement de la place, mais pour les applications mobiles, c'est l'échec assuré.
• Entretien - Le refroidissement par liquide est constitué de nombreuses pièces en mouvement qui peuvent tomber en panne à un moment donné. Il ne faut pas oublier non plus les risques importants de fuite, qui peuvent détruire vos pièces électroniques. Je ne recommanderais pas vraiment ce système à quelqu'un qui ne peut pas prendre en main son circuit s'il tombe en panne. 

Comparaison finale

Donc, maintenant que nous avons passé en revue les 4 technologies de refroidissement actif, laquelle devez-vous utiliser ? Si vous recherchez un refroidissement de l’électronique important en un système peu volumineux, optez pour le soufflet piézoélectrique. Les soufflets ont une forme extrêmement élégante qui vous permettra de gagner de la place. Si vous n'êtes pas limité par la taille, le refroidissement par liquide sera probablement une meilleure solution pour vous. En ce qui concerne l’entretien, j'estime que le soufflet et les ventilateurs traditionnels se valent, simplement parce qu’on ne sait pas de quel type d'entretien le soufflet a besoin.

Maintenant que vous connaissez les différentes options de refroidissement qui s'offrent à vous, vous allez devoir concevoir un circuit imprimé extraordinaire. Pour ce faire, CircuitStudio est la solution idéale. Le logiciel vous propose tellement de fonctionnalités que vous ne saurez plus qu'en faire, et la conception sera pour vous un véritable jeu d'enfant.

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