Iga elektriline ja elektrooniline komponent vooluahelas tekitab teatud koguse soojust, samal ajal kui vooluahel teostatakse toite pakkumisega. Tüüpiliselt suure võimsusega pooljuhtseadmed nagu võimsustransistorid ja optoelektroonika nagu valgusdioodid , tekitavad laserid märkimisväärses koguses soojust ja need komponendid pole soojuse hajutamiseks piisavad, kuna nende hajutamisvõime on märkimisväärselt madal.
Seetõttu põhjustab komponentide kuumutamine enneaegset riket ja võib põhjustada kogu vooluahela või süsteemi talitlushäire. Nii et nende negatiivsete aspektide vallutamiseks tuleb jahutuseks varustada jahutusradiaatorid.
Mis on jahutusradiaator?
Radikas
Jahutusradiaator on elektrooniline komponent või selle seade elektrooniline vooluahel mis hajutab vooluahela muudest komponentidest (peamiselt elektritransistoridest) soojust ümbritsevasse keskkonda ja jahutab neid nende jõudluse, töökindluse parandamiseks ning väldib ka komponentide enneaegset riket. Jahutamise eesmärgil sisaldab see ventilaatorit või jahutusseadet.
Jahutusradiaatori põhimõte
Fourieri soojusjuhtivuse seadus ütleb, et kui kehas on temperatuurigradient, siis kandub soojus üle kõrge temperatuuriga piirkonnast lubatava temperatuuri piirkonda. Seda on võimalik saavutada kolmel erineval viisil, näiteks kokkuleppel, kiirgusel ja juhtivus.
Jahutusradiaatori põhimõte
Alati, kui kaks erineva temperatuuriga objekti kokku puutuvad, tekib juhtivus, mis põhjustab suure kuumusega objekti kiirelt liikuvate molekulide põrkumise jahedamate objektide aeglaselt liikuvate molekulidega ja kannab seega soojusenergiat jahedamale objektile ja seda nimetatakse soojusjuhtivuseks.
Samamoodi kannab jahutusradiaator soojus- või soojusenergiat kõrgtemperatuurilisest komponendist madalatemperatuurilisse keskkonda nagu õhk, vesi, õli jne. Tavaliselt kasutatakse õhku madalatemperatuurilise keskkonnana ja kui vett kasutatakse keskkonnana, siis nimetatakse seda külmplaadiks.
Jahutusradiaatorite tüübid
Jahutusradiaatorid klassifitseeritakse erinevate kriteeriumide alusel erinevatesse kategooriatesse. Mõelgem peamistele liikidele, nimelt aktiivsetele ja passiivsetele valamutele.
Jahutusradiaatorite tüübid
Aktiivsed jahutusradiaatorid
Need on tavaliselt ventilaatori tüüpi ja kasutavad energiat jahutamiseks. Neid võib nimetada ka jahutusradiaatoriteks või ventilaatoriteks. Ventilaatorid klassifitseeritakse lisaks kuullaagrite ja varrukatega tüüpide hulka. Eelistatud on kuullaagriga mootoriventilaatorid, kuna nende tööperiood on pikem ja pikaajalise kasutamise korral odavam. Selliste jahutusradiaatorite toimivus on suurepärane, kuid mitte pikaajaliseks kasutamiseks, kuna need koosnevad liikuvatest osadest ja on natuke kallid ka.
Passiivsed jahutusradiaatorid
Neil ei ole mehaanilisi komponente ja need on valmistatud alumiiniumist radiaatoritest. Need hajutavad konvektsiooniprotsessi abil soojusenergiat või soojust. Need on kõige usaldusväärsemad kui aktiivsed jahutusradiaatorid ja passiivsete radiaatorite tõhusaks tööks on soovitatav säilitada pidev õhuvool nende uimedes.
Alumiiniumist jahutusradiaator
Jahutusradiaatorid on tavaliselt valmistatud metallidest ja alumiinium on kõige tavalisem metall, mida jahutusradiaatorites kasutatakse. Oleme teadlikud asjaolust, et iga metalli soojusjuhtivus on erinev. Metalli soojusjuhtivus on proportsionaalne jahutusradiaatori soojusülekandega . Seega, kui metalli soojusjuhtivus suureneb, siis
Samuti suureneb jahutusradiaatori soojuse ülekandevõime.
Alumiiniumist jahutusradiaator
Alumiiniumi soojusjuhtivus on 235 W / mK, see on kõige odavam ja kergem metall. Alumiiniumist jahutusradiaatoreid nimetatakse ka ekstrudeeritud jahutusradiaatoriteks, kuna neid saab valmistada ekstrusiooni abil.
Tembeldatud jahutusradiaatorid
Need on valmistatud metallidest, mis on teatud kuju moodustamiseks stantsitud. See tempel loob jahutusradiaatorid alati, kui metalli tembeldamismasina kaudu liigutatakse. Need on ekstrudeeritud jahutusradiaatoritega võrreldes odavamad.
Neid kasutatakse väikese energiatarbega rakenduste jaoks ja seetõttu on nende jõudlus madal.
Jahutusradiaatorite töötlemine
Neid toodetakse mehaaniliselt, sageli kasutatakse grupisaagi materjaliploki eemaldamiseks, et teha täpse vahega uimed. Need on kallid, kuna palju metalli võib tootmisprotsessis raisata.
Bonded-Fin jahutusradiaatorid
Neid kasutatakse sageli füüsiliselt suurte rakenduste jaoks, mis nõuavad mõistlikku jõudlust, näiteks elektriline keevitamine ja DC-DC telliste rakendused . Need valmistatakse metalli üksikute uimede ühendamisega jahutusradiaatori põhja külge. Seda saab teha kahel meetodil, nimelt termiline epoksüühendus, mis on ökonoomne, ja teine on kallis kõvajoodisjootmine.
Kokkupandud uimede valamud
Nendel kokkuklapitud jahutusradiaatoritel on suur pind ja volditud jahutusradiaatorite materjalid ning seetõttu on neil väga kõrge jõudlus ja väga kõrge soojusvoogu tihedus. Nendes valamudes suunatakse õhk läbi mingisuguse kanali otse otse soojuse valamudesse. See muudab kogu asja kalliks, kuna valamu- ja kanalisatsioonikulud sisalduvad valamu kogukuludes.
Skived Radiaatorid
Nende valamute tootmiseks kasutatakse skiving-protsessi, mis hõlmab väga peenete metallplokkide valmistamist, tavaliselt vaske. Seega nimetatakse neid skived-valamuteks. Need on keskmise kuni suure jõudlusega jahutusradiaatorid.
Võltsitud jahutusradiaatorid
Metalle, nagu vask ja alumiinium, kasutatakse survejõudude abil jahutusradiaatorite moodustamiseks. Seda protsessi nimetatakse sepistamisprotsessiks. Seega nimetatakse neid võltsitud jahutusradiaatoriteks.
Ühe uime montaaži jahutusradiaatorid
Need on kerged ja neid saab paigaldada kitsastesse kohtadesse. Neil on ka madala või kõrge jõudlusvõime ning neid saab kasutada paljude rakenduste jaoks. Kuid peamine puudus on see, et need on natuke kallid.
Vahetud jahutusradiaatorid
Vahutamine on külmtöödeldud sepistamisprotsess, kuid mõnikord võib seda teha ka kuuma tööprotsessina, mille käigus muudetakse eseme mõõtmeid stantsiks. Need on odavad, keskmise jõudlusega ja õhuvooluhalduses piiratud.
Radiaatorite tähtsus elektroonilistes ahelates
- Jahutusradiaator on passiivne soojusvaheti ja see on kavandatud nii, et selle pind oleks kokkupuutel ümbritseva (jahutus) keskkonnaga nagu õhk. Komponendid või elektroonilised osad või seadmed, mille temperatuuri reguleerimiseks ei piisa, vajavad jahutamiseks jahutusradiaatoreid. Iga elemendi või elektroonilise vooluahela komponent tuleb selle usaldusväärsuse parandamiseks ja komponendi enneaegse rikke vältimiseks hajutada.
- See säilitab termilise stabiilsuse piirides iga elektri- ja mis tahes vooluahela elektrooniline komponent või mis tahes süsteemi elektroonikaosad. Jahutusradiaatori jõudlus sõltub sellistest teguritest nagu materjali valik, väljaulatuva osa kujundus, pinnatöötlus ja õhukiirus.
- Samuti jahutatakse jahutusradiaatorite abil arvuti keskseadmeid ja graafilisi protsessoreid. Jahutusradiaatoreid nimetatakse ka soojuse levitajateks, mida kasutatakse sageli arvuti mälu kaanena, et hajutada selle soojust.
- Kui elektrooniliste vooluahelate jaoks pole jahutusradiaatoreid, siis on selliste komponentide nagu transistorid, pingeregulaatorid, IC-d, LED-id ja võimsustransistorid rikke võimalus. Isegi ajal elektroonilise vooluahela jootmine , on elementide ülekuumenemise vältimiseks soovitatav kasutada jahutusradiaatorit.
- Jahutusradiaatorid ei võimalda mitte ainult soojust hajutada, vaid neid kasutatakse ka soojusenergia juhtimiseks soojuse hajutamisel, kui soojust on rohkem. Madalate temperatuuride korral on jahutusradiaatorid ette nähtud soojuse saamiseks, eraldades soojusenergiat ahela nõuetekohaseks tööks.
Jahutusradiaatori valik
Jahutusradiaatori valimiseks peame arvestama järgmiste matemaatiliste arvutustega:
Mõelge
K: Soojuse hajumise määr vattides
T_j: seadme ristmiku maksimaalne temperatuur 0 ° C juures
T_c: seadme korpuse temperatuur 0 ° C juures
T_a: ümbritseva õhu temperatuur 0 ° C juures
T_s: jahutusradiaatori maksimaalne temperatuur, mis on seadme suhtes ülimalt puhas 0 ° C juures
Soojustakistuse saab anda
R = ∆T / Q
Elektritakistuse annab
R_e = ∆V / I
Soojustakistus seadme ristmiku ja korpuse vahel on antud
R_jc = (∆T_jc) / Q
Juhtumi valamu vastupanu annab
R_cs = (∆T_cs) / Q
Keskkonnatakistusele vajumise annab
R_sa = (∆T_sa) / Q
Seega annab ristmiku ümbritseva takistuse suhtes
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Nüüd on jahutusradiaatori nõutav soojustakistus
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
Ülaltoodud võrrandis määrab T_j, Q ja R_jc väärtused tootja ning T_a ja R_cs väärtused on kasutaja määratud.
Seega peab jahutusradiaatori soojustakistus olema väiksem või võrdne ülaltoodud arvutatud R_sa-ga.
Jahutusradiaatori valimisel tuleb arvesse võtta erinevaid parameetreid, nagu jahutusradiaatoritele lubatud soojuslik eelarve, õhuvoolu seisund (looduslik vooluhulk, segatud väikese vooluhulgaga, suure vooluhulgaga sundkonvektsioon).
Jahutusradiaatori mahu saab määrata, jagades mahulise soojustakistuse vajaliku soojustakistusega. Mahulise soojustakistuse vahemik on järgmine allpool toodud tabelis.
Allpool olev graafik näitab alumiiniumist jahutusradiaatori suuruse ja soojustakistuse erinevust näitena jahutusradiaatori valimisel soojustakistuse põhjal.
Pindala vs jahutusradiaatori termiline vastupidavus
Selles artiklis käsitletakse lühidalt jahutusradiaatori, erinevat tüüpi jahutusradiaatorite ja jahutusradiaatori olulisust elektroonilistes vooluringides. Lisateabe saamiseksteavet jahutusradiaatorite kohta, saatke oma päringud hiljemaltkommenteerides allpool.
Foto autorid:
- Jahutusradiaator ecnmag
- Jahutusradiaatori põhimõte streacom
- Jahutusradiaatorite tüübid elektroonika-jahutus
- Alumiiniumist jahutusradiaator specialchem4polymers
- Pindala vs jahutusradiaatori termiline vastupidavus kujundusmaailm
