Joka sähköiset ja elektroniset komponentit piirissä tuottaa jonkin verran lämpöä, kun piiri suoritetaan tarjoamalla virtalähde. Tyypillisesti suuritehoiset puolijohtavat laitteet, kuten tehotransistorit ja optoelektroniikka, kuten valoa lähettävät diodit , laserit tuottavat lämpöä huomattavina määrinä, ja nämä komponentit eivät ole riittäviä lämmön johtamiseen, koska niiden haihtumiskyky on huomattavasti alhainen.
Tästä johtuen komponenttien kuumeneminen johtaa ennenaikaiseen vikaantumiseen ja voi aiheuttaa koko piirin tai järjestelmän suorituskyvyn vian. Joten näiden negatiivisten näkökohtien voittamiseksi on järjestettävä jäähdytyselementtejä.
Mikä on jäähdytyselementti?
Jäähdytyselementti
Jäähdytyselementti on elektroninen komponentti tai laite elektroninen piiri joka levittää lämmön piirin muista komponenteista (lähinnä tehotransistoreista) ympäröivään väliaineeseen ja jäähdyttää niitä niiden suorituskyvyn, luotettavuuden parantamiseksi ja välttää myös komponenttien ennenaikaisen vikaantumisen. Jäähdytystä varten siinä on tuuletin tai jäähdytyslaite.
Jäähdytyselementin periaate
Fourierin lämmönjohtavuuslaissa todetaan, että jos kehossa on lämpötilagradienttia, lämpö siirtyy korkean lämpötilan alueelta sallitun lämpötilan alueelle, ja tämä voidaan saavuttaa kolmella eri tavalla, kuten yleissopimus, säteily ja johtuminen.
Jäähdytyselementin periaate
Aina kun kaksi erilaista lämpötilaa olevaa esinettä joutuu kosketuksiin toistensa kanssa, johtuminen tapahtuu, jolloin korkean lämpötilan objektin nopeasti liikkuvat molekyylit törmäävät viileämpiä esineitä hitaasti liikkuviin molekyyleihin ja siirtävät siten lämpöenergiaa viileämpään esineeseen , ja tätä kutsutaan lämmönjohtavuudeksi.
Samoin jäähdytyslevy siirtää lämpö- tai lämpöenergian korkean lämpötilan komponentista matalan lämpötilan väliaineeseen, kuten ilmaan, veteen, öljyyn jne. Yleensä ilmaa käytetään matalan lämpötilan väliaineena, ja jos vettä käytetään väliaineena, sitten sitä kutsutaan kylmälevyksi.
Jäähdytyselementtityypit
Jäähdytyselementit luokitellaan eri luokkiin eri kriteerien perusteella. Tarkastellaanpa päätyyppejä, nimittäin aktiivisia jäähdytyselementtejä ja passiivisia jäähdytyselementtejä.
Jäähdytyselementtityypit
Aktiiviset jäähdytyselementit
Nämä ovat yleensä tuulettimen tyyppisiä ja käyttävät tehoa jäähdytystarkoituksiin, ja niitä voidaan kutsua myös jäähdytyslevyksi tai tuulettimiksi. Puhaltimet luokitellaan edelleen kuulalaakerityypiksi ja holkkilaakerityypiksi. Kuulalaakerimoottoripuhaltimet ovat suositeltavia, koska niiden toiminta-alue on pidempi ja ne ovat halvempia, kun kyseessä on pitkä jänneväli. Tämäntyyppisten jäähdytyselementtien suorituskyky on erinomainen, mutta ei pitkäaikaiseen käyttöön, koska ne koostuvat liikkuvista osista ovat myös vähän kalliita.
Passiiviset jäähdytyselementit
Niissä ei ole mekaanisia komponentteja ja ne on valmistettu alumiiniritiläisistä pattereista. Nämä johtavat lämpöenergiaa tai lämpöä konvektiomenetelmää käyttämällä. Ne ovat luotettavimpia kuin aktiiviset jäähdytyselementit, ja passiivisten jäähdytyselementtien tehokkaan toiminnan varmistamiseksi on suositeltavaa ylläpitää jatkuvaa ilmavirtaa niiden evien yli.
Alumiininen jäähdytyselementti
Jäähdytyslevyt valmistetaan yleensä metalleista, ja alumiini on yleisin jäähdytyslevyssä käytetty metalli. Olemme tietoisia siitä, että jokaisen metallin lämmönjohtavuus on erilainen. Metallin lämmönjohtavuus on verrannollinen jäähdytyslevyn lämmönsiirtoon. . Siten, jos metallin lämmönjohtavuus kasvaa, niin
Myös jäähdytyselementin lämmönsiirtokapasiteetti kasvaa.
Alumiininen jäähdytyselementti
Alumiinin lämmönjohtavuus on 235 W / mK, se on halvin ja kevyt metalli. Alumiinisia jäähdytyselementtejä kutsutaan myös puristetuiksi jäähdytyselementeiksi, koska ne voidaan valmistaa ekstruusiolla.
Leimatut jäähdytyselementit
Ne on valmistettu metallista, jotka on leimattu tietyn muodon muodostamiseksi. Tämä leima luo jäähdytyselementit aina, kun metallia siirretään leimauskoneen läpi. Nämä ovat halvempia verrattuna puristettuihin jäähdytyselementteihin.
Näitä käytetään pienitehoisissa sovelluksissa, joten niiden suorituskyky on heikko.
Jäähdytyslevyjen työstö
Ne valmistetaan työstöprosessilla, usein jengisahaa käytetään materiaalikappaleen poistamiseen väliseinien valmistamiseksi tarkalla etäisyydellä. Nämä ovat kalliita, koska paljon metallia voi mennä tuhlauksena valmistusprosessissa.
Bonded-Fin-jäähdytyselementit
Näitä käytetään usein fyysisesti suuriin sovelluksiin, jotka vaativat järkevää suorituskykyä, kuten sähköhitsaus ja DC-DC-tiilisovellukset . Nämä tehdään sitomalla yksittäiset metallirimat jäähdytyslevyn pohjaan. Tämä voidaan tehdä kahdella menetelmällä, nimittäin lämpöepoksi, joka on taloudellinen, ja toinen juottamalla, joka on kallista.
Taitetut Fin-jäähdytyselementit
Näillä taitetuilla jäähdytyslevyillä on suuri pinta-ala ja niillä on taitettu jäähdytyselementtimateriaali, ja siksi niillä on erittäin korkea suorituskyky ja erittäin suuri lämpövirtaustiheys. Näissä nieluissa ilma ohjataan virtaamaan suoraan jäähdytyslevyihin jonkinlaisen kanavan kautta. Tämä tekee koko asiasta kallista, koska valmistus- ja kanavointikustannukset sisältyvät tiskialtaan kokonaiskustannuksiin.
Skived jäähdytyselementit
Näiden nielujen valmistuksessa käytetään skiving-prosessia, johon kuuluu erittäin hienojen metallilohkojen, yleensä kuparin, valmistaminen. Siksi näitä kutsutaan nesteytetyiksi jäähdytyselementeiksi. Nämä ovat keskisuuria tai tehokkaita jäähdytyselementtejä.
Taotut jäähdytyselementit
Metalleja, kuten kuparia ja alumiinia, käytetään muodostamaan jäähdytyselementtejä puristusvoimien avulla. Tätä prosessia kutsutaan taontaprosessiksi. Siksi ne on nimetty väärennetyiksi jäähdytyselementeiksi.
Single Fin -kokoonpanon jäähdytyslevyt
Nämä ovat kevyitä ja ne voidaan asentaa ahtaisiin tiloihin. Niillä on myös matalan tai korkean suorituskyvyn ominaisuudet, ja niitä voidaan käyttää moniin sovelluksiin. Mutta merkittävä haittapuoli on, että ne ovat hieman kalliimpia.
Swaged jäähdytyselementit
Vaalaus on kylmätaontainen taontaprosessi, mutta joskus se voidaan tehdä jopa kuumana työstöprosessina, jossa esineen mitat muutetaan muotiksi. Nämä ovat halpoja, keskisuuria ja rajoitettuja ilmavirran hallinnassa.
Jäähdytyselementtien merkitys elektronisissa piireissä
- Jäähdytyselementti on passiivinen lämmönvaihdin, ja se on suunniteltu siten, että sillä on suuri pinta-ala kosketuksessa ympäröivän (jäähdytys) väliaineen, kuten ilman kanssa. Komponentit tai elektroniset osat tai laitteet, joiden lämpötila ei riitä kohentamaan lämpötilaa, edellyttävät jäähdytyselementtejä. Jokaisen elementin tai elektronisen piirin komponentti on hävitettävä sen luotettavuuden parantamiseksi ja komponentin ennenaikaisen vikaantumisen estämiseksi.
- Se ylläpitää lämpöstabiilisuutta rajoissa kaikille sähkö- ja minkä tahansa piirin elektroninen komponentti tai minkä tahansa järjestelmän elektroniikkaosat. Jäähdytyselementin suorituskyky riippuu tekijöistä, kuten materiaalin valinnasta, ulkonemasta, pintakäsittelystä ja ilman nopeudesta.
- Tietokoneen keskusyksiköt ja graafiset prosessorit jäähdytetään myös jäähdytyselementtejä käyttämällä. Jäähdytyslevyjä kutsutaan myös lämmönlevittimiksi, joita käytetään usein tietokoneen muistissa olevina kansiina lämmön hajauttamiseksi.
- Jos elektronisiin piireihin ei ole pakattu jäähdytyselementtejä, on mahdollista, että komponentit, kuten transistorit, jännitesäätimet, IC: t, LEDit ja tehotransistorit, voivat vikaantua. Vaikka juottaa elektronisen piirin , on suositeltavaa käyttää jäähdytyselementtiä elementtien ylikuumenemisen välttämiseksi.
- Jäähdytyselementit eivät ainoastaan tuota lämmöntuotantoa, vaan niitä käytetään myös lämpöenergian hallintaan, joka tapahtuu poistamalla lämpö, kun lämpöä on enemmän. Matalissa lämpötiloissa jäähdytyselementtien on tarkoitus tuottaa lämpöä vapauttamalla lämpöenergiaa piirin moitteettomaan toimintaan.
Jäähdytyselementin valinta
Jäähdytyselementin valinnassa on otettava huomioon seuraavat matemaattiset laskelmat:
Harkitse
K: Lämmöntuotto wattina
T_j: Laitteen suurin liitoslämpötila 0C: ssa
T_c: Laitteen kotelon lämpötila 0 ° C: ssa
T_a: Ympäristön lämpötila 0 ° C: ssa
T_s: Jäähdytyselementin maksimilämpötila, joka on äärimmäisen siisti laitteelle 0 ° C: ssa
Lämmönkestävyys voidaan antaa
R = ∆T / Q
Sähkövastuksen antaa
R_e = ∆V / I
Laitteen risteyksen ja kotelon välinen lämpövastus on annettu
R_jc = (∆T_jc) / Q
Tapaus uppoaa vastus antaa
R_cs = (∆T_cs) / Q
Nielu ympäristön vastukseen antaa
R_sa = (∆T_sa) / Q
Siten liitos ympäristön vastukseen saadaan
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Vaadittu lämpöelementin lämpövastus on nyt
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
Yllä olevassa yhtälössä T_j-, Q- ja R_jc-arvot on vahvistanut valmistaja ja T_a: n ja R_cs: n arvot ovat käyttäjän määrittelemiä.
Siten käytettävän jäähdytyselementin lämpövastuksen on oltava pienempi tai yhtä suuri kuin yllä laskettu R_sa.
Jäähdytyselementtiä valittaessa on otettava huomioon erilaiset parametrit, kuten jäähdytyselementeille sallittu lämpöbudjetti, ilmavirta (luonnollinen virtaus, pieni virtaus sekoitettuna, korkean virtauksen pakotettu konvektio).
Jäähdytyselementin tilavuus voidaan määrittää jakamalla tilavuuslämpöresistanssi vaaditulla lämpövastuksella. Tilavuuslämmönvastuksen alue on seuraava alla olevassa taulukossa.
Alla olevassa kaaviossa on esitetty alumiinijäähdytyselementin koon ja lämpövastuksen vaihtelu esimerkkinä jäähdytyslevyn valitsemisesta lämpövastuksen perusteella.
Pinta-ala vs. jäähdytyselementin lämmönkestävyys
Tässä artikkelissa käsitellään lyhyesti jäähdytyselementtejä, erityyppisiä jäähdytyselementtejä ja jäähdytyselementtien merkitystä elektronisissa piireissä. Lisäätietoa jäähdytyselementeistä, lähetä kyselysi mennessäkommentoi alla.
Valokuvahyvitykset:
- Jäähdytyselementti ecnmag
- Jäähdytyselementin periaate streacom
- Jäähdytyselementtityypit elektroniikan jäähdytys
- Alumiininen jäähdytyselementti specialchem4polymers
- Pinta-ala vs. jäähdytyselementin lämmönkestävyys designworldonline
