Každý elektrická a elektronická súčasť v obvode generuje určité množstvo tepla, zatiaľ čo sa obvod vykonáva napájaním. Typicky vysoko výkonné polovodičové zariadenia ako výkonové tranzistory a optoelektronika ako napr svetlo emitujúce diódy lasery generujú teplo v značných množstvách a tieto zložky nie sú dostatočné na odvádzanie tepla, pretože ich schopnosť rozptylu je výrazne nízka.
Z tohto dôvodu vedie zahriatie komponentov k predčasnému zlyhaniu a môže spôsobiť zlyhanie celého obvodu alebo výkonu systému. Aby sa prekonali tieto negatívne aspekty, musia byť na chladenie poskytnuté chladiče.
Čo je chladič?
Chladič
Chladič je elektronický komponent alebo zariadenie z elektronický obvod ktorý rozptyľuje teplo z ostatných komponentov (hlavne z výkonových tranzistorov) obvodu do okolitého média a ochladzuje ich kvôli zlepšeniu ich výkonu, spoľahlivosti a tiež zabraňuje predčasnému zlyhaniu komponentov. Na účely chladenia obsahuje ventilátor alebo chladiace zariadenie.
Princíp chladiča
Fourierov zákon vedenia tepla hovorí, že ak je v tele teplotný gradient, potom bude teplo prechádzať z oblasti s vysokou teplotou do oblasti s povolenou teplotou. A to je možné dosiahnuť tromi rôznymi spôsobmi, ako napríklad konvenciou, žiarením a vedenie.
Princíp chladiča
Kedykoľvek sa dva objekty s rôznou teplotou dostanú do vzájomného kontaktu, dôjde k vedeniu, ktoré spôsobí kolíziu rýchlo sa pohybujúcich molekúl vysoko tepelného objektu s pomaly sa pohybujúcimi molekulami chladnejších predmetov, a tak prenáša tepelnú energiu na chladnejší objekt a nazýva sa to tepelná vodivosť.
Podobne chladič prenáša teplo alebo tepelnú energiu z vysokoteplotnej zložky na nízkoteplotné médium, ako je vzduch, voda, olej atď. Ako médium pre nízku teplotu sa zvyčajne používa vzduch, a ak sa ako médium používa voda, potom sa nazýva studená doska.
Typy chladičov
Chladiče sú rozdelené do rôznych kategórií na základe rôznych kritérií. Zvážme hlavné typy, a to aktívne chladiče a pasívne chladiče.
Typy chladičov
Aktívne chladiče
Spravidla sú to ventilátory a využívajú energiu na chladenie. Môžu sa tiež označovať ako chladič alebo ventilátory. Ventilátory sa ďalej klasifikujú ako guľkové ložiská a puzdrá. Ventilátory motorov s guľkovými ložiskami sú preferované, pretože ich pracovný rozsah je dlhší a sú lacnejšie, pokiaľ ide o použitie s veľkým rozpätím. Výkon týchto druhov chladiča je vynikajúci, ale nie pre dlhodobé aplikácie, pretože sa skladajú z pohyblivých častí sú tiež trochu drahé.
Pasívne chladiče
Tieto jednotky neobsahujú žiadne mechanické komponenty a sú vyrobené z hliníkových rebrovaných radiátorov. Tieto rozptyľujú tepelnú energiu alebo teplo pomocou procesu prúdenia. Sú najspoľahlivejšie ako aktívne chladiče a pre efektívnu prevádzku pasívnych chladičov sa odporúča udržiavať nepretržitý prúd vzduchu cez ich rebrá.
Hliníkový chladič
Chladiče sú zvyčajne vyrobené z kovov a hliník je najbežnejším kovom používaným v chladiči. Sme si vedomí skutočnosti, že tepelná vodivosť každého kovu je iná. Tepelná vodivosť kovu je úmerná prenosu tepla v chladiči. . Ak sa teda zvýši tepelná vodivosť kovu, potom
zvýši sa tiež prenosová kapacita tepla chladiča.
Hliníkový chladič
Tepelná vodivosť hliníka je 235 W / mK, čo je najlacnejší a ľahký kov. Hliníkové chladiče sa tiež nazývajú extrudované chladiče, pretože sa dajú vyrobiť extrúziou.
Vyrazené chladiče
Sú vyrobené z kovov, ktoré sú vyrazené do zvláštneho tvaru. Táto pečiatka vytvára chladiče vždy, keď sa kovom prechádza raziaci stroj. Sú lacnejšie v porovnaní s extrudovanými chladičmi.
Používajú sa pre aplikácie s nízkou spotrebou, a preto majú nízky výkon.
Obrábanie chladičov
Vyrábajú sa procesom obrábania. Na odstránenie bloku materiálu sa často používa pásová píla, aby sa vytvorili rebrá s presným rozstupom. Sú drahé, pretože veľa kovov môže vo výrobnom procese znamenať plytvanie.
Chladiče s viazanými plutvami
Často sa používajú na fyzicky veľké aplikácie, ktoré si vyžadujú rozumný výkon, ako je elektrické zváranie a Aplikácie tehál DC-DC . Vyrábajú sa spájaním jednotlivých rebier z kovu k základni chladiča. To je možné uskutočniť dvoma spôsobmi, konkrétne tepelným epoxidom, ktorý je ekonomický a druhým je spájkovanie, ktoré je nákladné.
Skladané rebrá
Tieto chladiče so zloženými rebrami majú veľkú plochu a majú zložený materiál chladiča, a preto majú veľmi vysoký výkon a veľmi vysokú hustotu tepelného toku. V týchto umývadlách je vzduch nasmerovaný tak, aby prúdil priamo do chladičov cez nejaký druh potrubia. To celú vec predražuje, pretože náklady na výrobu a vedenie sú zahrnuté v celkových nákladoch na drez.
Chladené chladiče
Na výrobu týchto umývadiel sa používa proces korčuľovania, ktorý spočíva vo výrobe veľmi jemných blokov kovov, zvyčajne medi. Preto sa nazývajú ako chladiče s lyžou. Jedná sa o stredne až vysoko výkonné chladiče.
Kované chladiče
Kovy ako meď a hliník sa používajú na výrobu chladičov pomocou kompresných síl. Tento proces sa nazýva kovací proces. Preto sú pomenované ako kované chladiče.
Chladiče s jedným rebrom
Sú ľahké a dajú sa inštalovať v stiesnených priestoroch. Majú tiež nízku až vysokú výkonnosť a dajú sa použiť v mnohých aplikáciách. Hlavnou nevýhodou však je, že sú trochu drahé.
Vylisované chladiče
Lisovanie je proces kovania za studena, ale niekedy sa dá uskutočniť aj ako proces za horúca, pri ktorom sa rozmery predmetu zmenia na matricu. Sú lacné, stredne výkonné a majú obmedzené riadenie prúdenia vzduchu.
Dôležitosť chladičov v elektronických obvodoch
- Chladič je pasívny výmenník tepla a je navrhnutý tak, aby mal veľkú plochu v kontakte s okolitým (chladiacim) médiom, ako je vzduch. Súčasti alebo elektronické súčasti alebo zariadenia, ktoré nie sú dostatočné na zníženie svojej teploty, vyžadujú na chladenie chladiče. Teplo generované každým prvkom alebo komponent elektronického obvodu sa musia rozptýliť kvôli zlepšeniu jeho spoľahlivosti a zabráneniu predčasnému zlyhaniu komponentu.
- Udržuje tepelnú stabilitu v medziach pre každý elektrický a elektronická súčiastka ľubovoľného obvodu alebo elektroniky ktoréhokoľvek systému. Výkon chladiča závisí od faktorov, ako je výber materiálu, návrh výčnelku, povrchová úprava a rýchlosť vzduchu.
- Pomocou chladičov sú tiež chladené centrálne procesorové jednotky a grafické procesory počítača. Chladiče sa tiež nazývajú rozdeľovače tepla, ktoré sa často používajú ako kryty pamäte počítača na rozptýlenie tepla.
- Ak pre elektronické obvody nie sú k dispozícii chladiče, existuje šanca na zlyhanie komponentov, ako sú tranzistory, regulátory napätia, integrované obvody, LED a výkonové tranzistory. Aj keď spájkovanie elektronického obvodu , odporúča sa použiť chladič, aby nedošlo k prehriatiu prvkov.
- Chladiče poskytujú nielen odvod tepla, ale slúžia aj na správu tepelnej energie, ktorá sa odvádza, keď je tepla viac. V prípade nízkych teplôt sú chladiče určené na zabezpečenie tepla uvoľňovaním tepelnej energie pre správnu činnosť okruhu.
Výber chladiča
Pri výbere chladiča je potrebné vziať do úvahy nasledujúce matematické výpočty:
Zvážte
Otázka: Rýchlosť rozptylu tepla vo wattoch
T_j: maximálna teplota spojenia zariadenia v 0 ° C
T_c: Teplota prípadu zariadenia v 0 ° C
T_a: Teplota okolitého vzduchu pri 0 ° C
T_s: Maximálna teplota chladiča umiestneného čo najčistejšie k zariadeniu v 0 ° C
Tepelný odpor môže byť daný
R = ∆T / Q
Elektrický odpor je daný
R_e = ∆V / I
Tepelný odpor medzi križovatkou a puzdrom zariadenia je daný vzťahom
R_jc = (∆T_jc) / Q
Odpor voči potopeniu je daný
R_cs = (∆T_cs) / Q
Odpor proti potopeniu okolia je daný
R_sa = (∆T_sa) / Q
Spojenie s odporom okolia je teda dané
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Teraz je požadovaný tepelný odpor chladiča
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
Vo vyššie uvedenej rovnici sú hodnoty T_j, Q a R_jc stanovené výrobcom a hodnoty T_a a R_cs sú definované používateľom.
Tepelný odpor chladiča pre aplikáciu musí byť teda menší alebo rovný vyššie vypočítanej R_sa.
Pri výbere chladiča je potrebné brať do úvahy rôzne parametre, ako napríklad tepelný rozpočet povolený pre chladiče, stav prúdenia vzduchu (prirodzený prietok, zmiešaný prúd s nízkym prietokom, nútená konvekcia s veľkým prietokom).
Objem chladiča je možné určiť vydelením objemového tepelného odporu požadovaným tepelným odporom. Rozsah objemového tepelného odporu je uvedený v nasledujúcej tabuľke.
Nasledujúci graf ukazuje zmeny veľkosti hliníkového chladiča a tepelného odporu ako príklad výberu chladiča na základe tepelného odporu.
Plocha vs tepelný odpor chladiča
Tento článok v krátkosti pojednáva o chladiči, rôznych druhoch chladičov a dôležitosti chladiča v elektronických obvodoch. Pre viacinformácie týkajúce sa chladičov, pošlite svoje dotazy dokomentovanie nižšie.
Fotografické úvery:
- Chladič o ecnmag
- Princíp chladiča podľa streacom
- Typy chladičov podľa elektronika-chladenie
- Hliníkový chladič od specialchem4polyméry
- Plocha vs tepelný odpor chladiča o designworldonline
