Co je chladič a jeho význam

Každý elektrické a elektronické součásti v okruhu generuje určité množství tepla, zatímco je obvod prováděn napájením. Typicky vysoce výkonná polovodičová zařízení jako výkonové tranzistory a optoelektronika jako např diody vyzařující světlo Lasery generují teplo ve značném množství a tyto komponenty nejsou dostatečné k odvádění tepla, protože jejich schopnost rozptylu je výrazně nízká.

Z tohoto důvodu vede zahřátí komponent k předčasnému selhání a může způsobit selhání celého obvodu nebo výkonu systému. Aby bylo možné tyto negativní aspekty překonat, musí být pro chlazení použity chladiče.

Co je chladič?

Chladič

Chladič je elektronická součástka nebo zařízení elektronický obvod který rozptyluje teplo z ostatních komponentů (zejména z výkonových tranzistorů) obvodu do okolního média a ochlazuje je pro zlepšení jejich výkonu, spolehlivosti a také předchází předčasnému selhání komponent. Pro účely chlazení obsahuje ventilátor nebo chladicí zařízení.

Princip chladiče

Fourierův zákon vedení tepla říká, že pokud je v těle teplotní gradient, pak se teplo bude přenášet z oblasti s vysokou teplotou do oblasti s povolenou teplotou. Toho lze dosáhnout třemi různými způsoby, například konvencí, zářením a vedení.

Princip chladiče

Kdykoli se dva objekty s různou teplotou dostanou do vzájemného kontaktu, dojde k vedení, které způsobí kolizi rychle se pohybujících molekul vysoce tepelného objektu s pomalu se pohybujícími molekulami chladnějších objektů, a tím přenáší tepelnou energii na chladnější objekt , a to se nazývá tepelná vodivost.

Podobně chladič přenáší teplo nebo tepelnou energii z vysokoteplotní složky na nízkoteplotní médium, jako je vzduch, voda, olej atd. Obvykle se jako nízkoteplotní médium používá vzduch, a pokud se jako médium používá voda, pak se to nazývá studená deska.

Typy chladičů

Chladiče jsou rozděleny do různých kategorií podle různých kritérií. Zvažme hlavní typy, jmenovitě aktivní chladiče a pasivní chladiče.

Typy chladičů

Aktivní chladiče

Obvykle se jedná o ventilátory a využívají energii k chlazení. Lze je také označit jako chladič nebo ventilátory. Ventilátory jsou dále klasifikovány jako kuličková ložiska a pouzdra. Ventilátory motorů s kuličkovými ložisky jsou preferovány, protože jejich pracovní rozpětí je delší a jsou levnější, pokud jde o použití s ​​dlouhým rozpětím. Výkon těchto druhů chladiče je vynikající, ale ne pro dlouhodobé aplikace, protože se skládají z pohyblivých částí a jsou také trochu drahé.

Pasivní chladiče

Ty neobsahují žádné mechanické součásti a jsou vyrobeny z hliníkových žebrovaných radiátorů. Ty rozptylují tepelnou energii nebo teplo pomocí konvekčního procesu. Jsou nejspolehlivější než aktivní chladiče a pro efektivní provoz pasivních chladičů se doporučuje udržovat nepřetržitý proud vzduchu přes jejich žebra.

Hliníkový chladič

Chladiče jsou obvykle vyrobeny z kovů a hliník je nejběžnějším kovem používaným v chladiči. Jsme si vědomi skutečnosti, že tepelná vodivost každého kovu je jiná. Tepelná vodivost kovu je úměrná přenosu tepla v chladiči . Pokud se tedy zvyšuje tepelná vodivost kovu, pak
také se zvýší kapacita přenosu tepla chladiče.

Hliníkový chladič

Tepelná vodivost hliníku je 235 W / mK, jedná se o nejlevnější a lehký kov. Hliníkové chladiče se také nazývají extrudované chladiče, protože je lze vyrábět vytlačováním.

Lisované chladiče

Jsou vyrobeny z kovů, které jsou vylisovány do určitého tvaru. Toto razítko vytváří chladiče pokaždé, když se kov pohybuje razicím strojem. Jsou levnější ve srovnání s extrudovanými chladiči.
Používají se pro aplikace s nízkou spotřebou, a proto mají nízký výkon.

Obrábění chladičů

Ty se vyrábějí procesem obrábění. Často se pro odstranění bloku materiálu používá hromadná pila, aby se vytvořily meziploutve s přesným rozestupem. Jsou drahé, protože spousta kovů může při výrobním procesu vést k plýtvání.

Chladiče s lepenými ploutvemi

Často se používají pro fyzicky velké aplikace, které vyžadují rozumný výkon, jako je elektrické svařování a Aplikace DC-DC cihel . Ty se vyrábějí lepením jednotlivých žeber z kovu k základně chladiče. Toho lze dosáhnout dvěma způsoby, konkrétně tepelným epoxidem, který je ekonomický a druhým je tvrdé pájení, které je nákladné.

Skládané chladiče

Tyto chladiče se skládanými žebry mají velkou povrchovou plochu a mají složený materiál chladiče, a proto mají velmi vysoký výkon a velmi vysokou hustotu tepelného toku. V těchto dřezech je vzduch směrován k přímému toku do chladičů přes nějaký druh potrubí. Díky tomu je celá věc drahá, protože náklady na výrobu a potrubí jsou zahrnuty do celkových nákladů na dřez.

Skived chladiče

K výrobě těchto dřezů se používá proces bruslení, který zahrnuje výrobu velmi jemných bloků kovů, obecně mědi. Proto se jim říká, že se jedná o naskakované chladiče. Jedná se o středně až vysoce výkonné chladiče.

Kované chladiče

Kovy jako měď a hliník se používají k výrobě chladičů pomocí tlakových sil. Tento proces se nazývá kovací proces. Proto jsou pojmenovány jako kované chladiče.

Chladiče s jednou lamelou

Jsou lehké a lze je instalovat ve stísněných prostorech. Mají také nízkou až vysokou výkonnost a lze je použít pro mnoho aplikací. Hlavní nevýhodou však je, že jsou trochu drahé.

Zúžené chladiče

Tváření je proces kování za studena, ale někdy ho lze provést i jako horký pracovní proces, při kterém se rozměry předmětu mění na matrici. Jsou levné, středně výkonné a jsou omezené v řízení proudění vzduchu.

Význam chladičů v elektronických obvodech

• Chladič je pasivní výměník tepla a je navržen tak, aby měl velkou plochu v kontaktu s okolním (chladicím) médiem, jako je vzduch. Součásti nebo elektronické součásti nebo zařízení, které nejsou dostatečné ke snížení jejich teploty, vyžadují pro chlazení chladiče. Teplo generované každým prvkem nebo součást elektronického obvodu musí být rozptýleny pro zlepšení jeho spolehlivosti a zabránění předčasnému selhání součásti.
• Udržuje tepelnou stabilitu v mezích pro každý elektrický a elektronická součást libovolného obvodu nebo elektroniky jakéhokoli systému. Výkon chladiče závisí na faktorech, jako je výběr materiálu, návrh výčnělku, povrchová úprava a rychlost vzduchu.
• Centrální procesorové jednotky a grafické procesory počítače jsou také chlazeny pomocí chladičů. Chladiče se také nazývají rozdělovače tepla, které se často používají jako kryty paměti počítače k ​​rozptylování tepla.
• Pokud pro elektronické obvody nejsou k dispozici chladiče, bude zde možnost selhání součástí, jako jsou tranzistory, regulátory napětí, integrované obvody, diody LED a výkonové tranzistory. I když pájení elektronického obvodu , doporučujeme použít chladič, aby nedošlo k přehřátí prvků.
• Chladiče nejen zajišťují odvod tepla, ale také se používají k řízení tepelné energie pomocí odvodu tepla, když je tepla více. V případě nízkých teplot jsou chladiče určeny k poskytování tepla uvolňováním tepelné energie pro správný provoz okruhu.

Výběr chladiče

Pro výběr chladiče musíme vzít v úvahu následující matematické výpočty:

Zvážit

Otázka: Rychlost rozptylu tepla ve wattech

T_j: Maximální teplota spojení zařízení v 0 ° C

T_c: Teplota skříně zařízení v 0 ° C

T_a: Teplota okolního vzduchu při 0 ° C

T_s: Maximální teplota chladiče umístěného v 0 ° C k zařízení maximálně úhledně

Tepelný odpor může být dán vztahem

R = ∆T / Q

Elektrický odpor je dán vztahem

R_e = ∆V / I

Tepelný odpor mezi křižovatkou a pouzdrem zařízení je dán vztahem

R_jc = (∆T_jc) / Q

Případ k odporu dřezu je dán

R_cs = (∆T_cs) / Q

Odpor vůči okolnímu prostředí je dán vztahem

R_sa = (∆T_sa) / Q

Spojení s odporem okolí je tedy dáno vztahem

R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q

Nyní je požadovaný tepelný odpor chladiče

R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs

Ve výše uvedené rovnici jsou hodnoty T_j, Q a R_jc stanoveny výrobcem a hodnoty T_a a R_cs jsou definovány uživatelem.

Proto musí být tepelný odpor chladiče pro aplikaci menší nebo roven výše vypočítané R_sa.

Při výběru chladiče je třeba vzít v úvahu různé parametry, jako je tepelný rozpočet povolený pro chladiče, stav proudění vzduchu (přirozený průtok, nízký průtok smíšený, vysoký průtok nucená konvekce).

Objem chladiče lze určit dělením objemového tepelného odporu požadovaným tepelným odporem. Rozsah objemového tepelného odporu je uveden v následující tabulce.

Níže uvedený graf ukazuje změnu velikosti hliníkového chladiče a tepelného odporu jako příklad výběru chladiče na základě tepelného odporu.

Plocha vs tepelný odpor chladiče

Tento článek stručně pojednává o chladiči, různých typech chladičů a důležitosti chladiče v elektronických obvodech. Víceinformace týkající se chladičů, prosím pošlete své dotazy dokomentování níže.

Fotografické kredity:

• • Chladič o ecnmag
  • Princip chladiče podle streacom
  • Typy chladičů podle chlazení elektroniky
  • Hliníkový chladič od speciální chemické polymery
  • Plocha vs tepelný odpor chladiče podle designworldonline