Hva er en varmeavleder og dens betydning

Hver elektriske og elektroniske komponenter genererer en viss mengde varme i en krets mens kretsen utføres ved å levere strømforsyning. Vanligvis kraftige halvledende enheter som kraft transistorer og opto elektronikk som lysdioder , genererer lasere varme i betydelige mengder, og disse komponentene er utilstrekkelige til å spre varme, ettersom deres spredningsevne er betydelig lav.

På grunn av dette fører oppvarming av komponentene til for tidlig svikt og kan føre til svikt i hele kretsen eller systemets ytelse. Så, for å erobre disse negative aspektene, må det tilføres kjøleribber for kjøling.

Hva er en varmeavleder?

Kjøleribbe

Varmeavleder er en elektronisk komponent eller en enhet av en elektronisk krets som sprer varme fra andre komponenter (hovedsakelig fra krafttransistorer) i en krets til det omkringliggende mediet og kjøler dem for å forbedre ytelsen, påliteligheten og også unngår for tidlig svikt i komponentene. For kjøleformål har den en vifte eller kjøleenhet.

Prinsipp for kjøleribbe

Fouriers lov om varmeledning sier at hvis temperaturgradient er tilstede i et legeme, vil varmen overføres fra et område med høy temperatur til det tillatte temperaturområdet, og dette kan oppnås på tre forskjellige måter, som konvensjon, stråling og ledning.

Prinsipp for kjøleribbe

Når to gjenstander med forskjellig temperatur kommer i kontakt med hverandre, oppstår ledning som fører til at de raskt bevegelige molekylene til objektet med høy varme kolliderer med de sakte bevegelige molekylene til de kjøligere objektene, og dermed overfører termisk energi til det kjøligere objektet. , og dette kalles termisk ledningsevne.

Tilsvarende overfører kjøleribben varmen eller termisk energi fra en komponent med høy temperatur til et medium med lav temperatur som luft, vann, olje osv. Vanligvis brukes luft som et lavtemperaturmedium, og hvis vann brukes som medium, da blir det betegnet som kald plate.

Type kjøleribber

Varmeavlederne er klassifisert i forskjellige kategorier basert på forskjellige kriterier. La oss se på hovedtypene, nemlig aktive varmeavleder og passive varmeavleder.

Type kjøleribber

Aktive kjøleribber

Disse er vanligvis viftetype og bruker strøm for kjøling. De kan også betegnes som kjøleribber eller vifter. Viftene er videre klassifisert som kulelagertype og hylselagertype. Kulelagerviftene foretrekkes siden arbeidsspennet er lengre og de er billigere når det gjelder langvarig bruk. Ytelsen til denne typen kjøleribbe er utmerket, men ikke for langvarige bruksområder da de består av bevegelige deler og er litt dyre også.

Passive kjølerister

Disse har ingen mekaniske komponenter og er laget av radiatorer med aluminiumsfinner. Disse sprer termisk energi eller varme ved å bruke konveksjonsprosessen. Disse er mest pålitelige enn de aktive kjølerommene, og for effektiv drift av passive kjølerister anbefales det å opprettholde kontinuerlig luftstrøm over finnene.

Aluminium kjøleribbe

Varmeavleder er vanligvis laget av metaller, og aluminium er det vanligste metallet som brukes i kjøleribben. Vi er klar over det faktum at varmeledningsevnen til hvert metall er forskjellig. Varmeledningsevnen til metall er proporsjonal med varmeoverføringen i varmeavlederen . Dermed, hvis metallets varmeledningsevne øker, da
varmeoverføringskapasiteten til kjøleribben vil også øke.

Aluminium kjøleribbe

Aluminiumens varmeledningsevne er 235 W / mK, det er det billigste og lettmetallet. Aluminiumsvarmeavleder kalles også ekstruderte varmeavledere, da de kan lages ved hjelp av ekstrudering.

Stemplet kjøleribber

Disse er laget av metaller som er stemplet for å danne en bestemt form. Dette stempelet skaper varmeavlederen når metall flyttes gjennom stemplingsmaskinen. Disse er billigere sammenlignet med ekstruderte varmeavleder.
Disse brukes til applikasjoner med lav effekt, og disse har derfor lav ytelse.

Maskinering av kjøleribber

Disse produseres ved bearbeidingsprosess, ofte brukes gjærsag for å fjerne en blokk med materiale for å lage interfinner med nøyaktig avstand. Disse er dyre, da mye metall kan gå til svinn i produksjonsprosessen.

Bonded-Fin Heat Sinks

Disse brukes ofte til fysisk store applikasjoner som krever fornuftig ytelse som elektrisk sveising og DC-DC murstein applikasjoner . Disse er laget ved å binde individuelle finner av et metall til bunnen av en kjøleribbe. Dette kan gjøres i to metoder, nemlig termisk epoksy som er økonomisk og den andre er ved lodding som er dyrt.

Folded-Fin Heat Sinks

Disse kølelegemene med brettet finn har stort overflateareal og har foldet kjøleribsmateriale, og de har derfor svært høy ytelse og veldig høy varmestrømningsdensitet. I disse vasken ledes luft til å strømme direkte inn i varmeavlederen gjennom en slags kanal. Dette gjør det hele kostbart ettersom kostnadene ved produksjon og kanalisering er inkludert i den totale kostnaden for vasken.

Skived Heat Sinks

Skiving-prosessen brukes til å produsere disse vasker, noe som innebærer å lage veldig fine metallblokker generelt kobber. Derfor kalles disse som skived varmeavleder. Dette er middels til høyt ytende kjøleribber.

Smidde kjølerister

Metallene som kobber og aluminium brukes til å danne varmeavleder ved å bruke trykkrefter. Denne prosessen blir betegnet som smieprosess. Derfor blir de navngitt som smidde varmeavleder.

Enkeltfinmonterende kjøleribber

Disse er lette og kan installeres på trange steder. De har også lav til høy ytelsesevne, og kan brukes til mange applikasjoner. Men den største ulempen er at de er litt dyre.

Swaged Heat Sinks

Swaging er en kaldbearbeidende smieprosess, men noen ganger kan den gjøres selv som varmbearbeidingsprosess der dimensjonene til en gjenstand endres til en dyse. Disse er billige, middels ytende og er begrenset i luftstrømstyring.

Betydningen av kjøleribber i elektroniske kretser

• En kjøleribbe er en passiv varmeveksler, og den er designet for å ha stort overflateareal i kontakt med det omgivende (kjøle) mediet som luft. Komponentene eller elektroniske delene eller innretningene som ikke er tilstrekkelig til å moderere temperaturen, krever kjøleribber for kjøling. Varme generert av hvert element eller komponent av elektronisk krets må spres for å forbedre påliteligheten og forhindre for tidlig svikt i komponenten.
• Det opprettholder termisk stabilitet i grenser for alle elektriske og elektronisk komponent i en hvilken som helst krets eller elektronikkdeler av ethvert system. Kjøleflensens ytelse avhenger av faktorer som valg av materiale, utstikkdesign, overflatebehandling og lufthastighet.
• De sentrale prosesseringsenhetene og grafiske prosessorer på en datamaskin blir også avkjølt ved hjelp av varmeavlederen. Varmeavleder kalles også varmespredere, som ofte brukes som deksler i datamaskinens minne for å spre varmen.
• Hvis elektroniske kretsløp ikke har kjøleribber, vil det være en sjanse for svikt i komponenter som transistorer, spenningsregulatorer, IC-er, lysdioder og effekttransistorer. Selv mens lodding av en elektronisk krets , anbefales det å bruke kjøleribben for å unngå overoppheting av elementene.
• Varmeavleder gir ikke bare varmespredning, men brukes også til termisk energistyring gjort ved å spre varme når varmen er mer. I tilfelle lave temperaturer er varmeavleder ment å gi varme ved å frigjøre termisk energi for riktig drift av kretsen.

Valg av kjøleribbe

For valg av kjøleribbe må vi vurdere følgende matematiske beregninger:

Ta i betraktning

Spørsmål: Varmespredningshastighet i Watt

T_j: Maksimal koblingstemperatur for enheten i 0C

T_c: Sakstemperatur på enheten i 0C

T_a: Omgivelsestemperatur ved 0C

T_s: Maksimal temperatur på kjøleribben som ligger helt pent til enheten i 0C

Termisk motstand kan gis av

R = ∆T / Q

Elektrisk motstand er gitt av

R_e = ∆V / I

Den termiske motstanden mellom krysset og tilfellet til enheten er gitt av

R_jc = (∆T_jc) / Q

Motstand mellom sak og synke er gitt av

R_cs = (∆T_cs) / Q

Vask til motstand mot omgivelsene er gitt av

R_sa = (∆T_sa) / Q

Dermed er kryss til omgivelsesmotstand gitt av

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

Nå er den nødvendige termiske motstanden til Heat Sink

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

I ovenstående ligning er verdiene til T_j, Q og R_jc faste av produsenten, og verdiene til T_a og R_cs er brukerdefinerte.

Dermed må den termiske motstanden til kjøleribben for påføring være mindre enn eller lik den ovenfor beregnede R_sa.

Mens du velger kjøleribben, må forskjellige parametere tas i betraktning, for eksempel det termiske budsjettet som er tillatt for varmeavleder, luftstrømstilstand (naturlig strømning, blandet lav strømning, tvungen konveksjon med høy strømning).

Volumet på kjøleribben kan bestemmes ved å dele den volumetriske termiske motstanden med den nødvendige termiske motstanden. Omfanget av volumetrisk termisk motstand er som følger i tabellen vist nedenfor.

Grafen nedenfor viser variasjonen i størrelse på aluminiumsvarmeavleder og termisk motstand som et eksempel på å velge varmeavleder basert på termisk motstand.

Område mot termisk motstand av kjøleribbe

Denne artikkelen diskuterer om varmeavleder, forskjellige typer varmeavleder og viktigheten av varmeavleder i elektroniske kretser i korte trekk. For merinformasjon om varmeavleder, vennligst legg inn spørsmålene dine innenkommenterer nedenfor.

Fotokreditter:

• • Varmeavleder forbi ecnmag
  • Prinsippet om kjøleribbe av streacom
  • Type kjøleribber etter elektronikk-kjøling
  • Aluminium kjøleribbe av spesialkjem4polymerer
  • Areal vs Thermal Resistance of Heat Sink av designworldonline