Κάθε ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξάρτημα σε ένα κύκλωμα παράγει κάποια ποσότητα θερμότητας ενώ το κύκλωμα εκτελείται παρέχοντας παροχή ρεύματος. Συνήθως συσκευές ημιαγωγών υψηλής ισχύος όπως τρανζίστορ ισχύος και τα οπτικά ηλεκτρονικά όπως διόδους εκπομπής φωτός , τα λέιζερ παράγουν θερμότητα σε σημαντικές ποσότητες και αυτά τα συστατικά είναι ανεπαρκή για να διαλύσουν τη θερμότητα, καθώς η ικανότητα διάχυσης τους είναι σημαντικά χαμηλή.
Λόγω αυτού, η θέρμανση των εξαρτημάτων οδηγεί σε πρόωρη αστοχία και μπορεί να προκαλέσει βλάβη σε ολόκληρο το κύκλωμα ή την απόδοση του συστήματος. Έτσι, για να κατακτήσουμε αυτές τις αρνητικές πτυχές, πρέπει να παρέχονται ψύκτρες για ψύξη.
Τι είναι η ψύκτρα;
Νεροχύτης
Η ψύκτρα είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα ή μια συσκευή ηλεκτρονικό κύκλωμα που διασκορπίζει τη θερμότητα από άλλα εξαρτήματα (κυρίως από τα τρανζίστορ ισχύος) ενός κυκλώματος στο περιβάλλον μέσο και τα ψύχει για τη βελτίωση της απόδοσής τους, της αξιοπιστίας τους και επίσης αποφεύγει την πρόωρη αστοχία των εξαρτημάτων. Για την ψύξη, ενσωματώνει έναν ανεμιστήρα ή μια συσκευή ψύξης.
Αρχή ψύκτρας
Ο νόμος της αγωγιμότητας θερμότητας του Fourier δηλώνει ότι εάν υπάρχει βαθμίδα θερμοκρασίας σε ένα σώμα, τότε η θερμότητα θα μεταφερθεί από μια περιοχή υψηλής θερμοκρασίας στην περιοχή θερμοκρασίας. Και αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τρεις διαφορετικούς τρόπους, όπως η συμβατική, η ακτινοβολία και μεταβίβαση.
Αρχή ψύκτρας
Κάθε φορά που δύο αντικείμενα με διαφορετική θερμοκρασία έρχονται σε επαφή μεταξύ τους, συμβαίνει αγωγιμότητα που προκαλεί τη σύγκρουση των ταχέως κινούμενων μορίων του αντικειμένου υψηλής θερμότητας με τα αργά κινούμενα μόρια των ψυχρότερων αντικειμένων και έτσι μεταφέρει θερμική ενέργεια στο ψυχρότερο αντικείμενο , και αυτό ονομάζεται θερμική αγωγιμότητα.
Ομοίως, η ψύκτρα μεταφέρει τη θερμότητα ή τη θερμική ενέργεια από ένα συστατικό υψηλής θερμοκρασίας σε ένα μέσο χαμηλής θερμοκρασίας όπως αέρα, νερό, λάδι κ.λπ. Συνήθως ο αέρας χρησιμοποιείται ως μέσο χαμηλής θερμοκρασίας και, εάν το νερό χρησιμοποιείται ως μέσο, τότε ονομάζεται ψυχρή πλάκα.
Τύποι ψύκτρας
Οι ψύκτες ταξινομούνται σε διαφορετικές κατηγορίες με βάση διαφορετικά κριτήρια. Ας εξετάσουμε τους κύριους τύπους, δηλαδή τους ενεργούς ψύκτες και τους παθητικούς ψύκτες.
Τύποι ψύκτρας
Ενεργές ψύκτρες
Αυτά είναι γενικά τύπου ανεμιστήρα και χρησιμοποιούν ισχύ για ψύξη. Μπορούν επίσης να χαρακτηριστούν ως ψύκτρα ή ανεμιστήρες. Οι ανεμιστήρες ταξινομούνται περαιτέρω ως τύπος ρουλεμάν και τύπος ρουλεμάν μανικιών. Οι ανεμιστήρες του ρουλεμάν του κινητήρα προτιμώνται καθώς η διάρκεια εργασίας τους είναι μεγαλύτερη και είναι φθηνότερη όταν πρόκειται για μακροχρόνια χρήση. Η απόδοση αυτών των ειδών ψύκτρας είναι εξαιρετική, αλλά όχι για μακροχρόνιες εφαρμογές καθώς αποτελούνται από κινούμενα μέρη και είναι λίγο ακριβό επίσης.
Παθητικές ψύκτρες
Αυτά δεν διαθέτουν μηχανικά εξαρτήματα και είναι κατασκευασμένα από καλοριφέρ αλουμινίου. Αυτά διαλύουν τη θερμική ενέργεια ή τη θερμότητα χρησιμοποιώντας τη διαδικασία μεταφοράς. Αυτά είναι πιο αξιόπιστα από τα ενεργά ψύκτρα και, για την αποτελεσματική λειτουργία των παθητικών ψύκτρων, συνιστάται να διατηρείται συνεχής ροή αέρα στα πτερύγια τους.
Ψυγείο αλουμινίου
Οι ψύκτες είναι γενικά κατασκευασμένοι από μέταλλα και, το αλουμίνιο είναι το πιο κοινό μέταλλο που χρησιμοποιείται στην ψύκτρα. Γνωρίζουμε το γεγονός ότι η θερμική αγωγιμότητα κάθε μετάλλου είναι διαφορετική. Η θερμική αγωγιμότητα του μετάλλου είναι ανάλογη με τη μεταφορά θερμότητας στον ψύκτη . Έτσι, εάν η θερμική αγωγιμότητα του μετάλλου αυξάνεται, τότε το
Η ικανότητα μεταφοράς θερμότητας της ψύκτρας θα αυξηθεί επίσης.
Ψυγείο αλουμινίου
Η θερμική αγωγιμότητα του αλουμινίου είναι 235 W / mK είναι το φθηνότερο και ελαφρύ μέταλλο. Οι ψύκτρες αλουμινίου καλούνται επίσης ως ψύκτες εξώθησης καθώς μπορούν να κατασκευαστούν με εξώθηση.
Σφραγισμένες ψύκτρες
Αυτά είναι κατασκευασμένα από μέταλλα που είναι σφραγισμένα για να σχηματίσουν ένα συγκεκριμένο σχήμα. Αυτή η σφραγίδα δημιουργεί τις ψύκτρες όποτε το μέταλλο μετακινείται μέσω της μηχανής σφράγισης. Αυτά είναι φθηνότερα σε σύγκριση με τους εξωθημένους ψύκτες.
Χρησιμοποιούνται για εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης και, ως εκ τούτου, έχουν χαμηλή απόδοση.
Μηχανική ψύκτρα
Αυτά κατασκευάζονται με διαδικασία μηχανικής κατεργασίας που συχνά χρησιμοποιείται για την αφαίρεση ενός μπλοκ υλικού για την κατασκευή διαχωριστικών με ακριβή απόσταση. Αυτά είναι ακριβά καθώς πολλά μέταλλα μπορεί να πηγαίνουν ως σπατάλη στη διαδικασία κατασκευής.
Ψύκτες θερμότητας Bonded-Fin
Αυτά χρησιμοποιούνται συχνά για φυσικά μεγάλες εφαρμογές που απαιτούν λογική απόδοση όπως ηλεκτρική συγκόλληση και Εφαρμογές τούβλου DC-DC . Αυτά κατασκευάζονται συνδέοντας μεμονωμένα πτερύγια ενός μετάλλου στη βάση μιας ψύκτρας. Αυτό μπορεί να γίνει με δύο μεθόδους, δηλαδή την θερμική εποξική που είναι οικονομική και η άλλη είναι με χαλκοσυγκόλληση που είναι ακριβό.
Ψυγεία με πτυσσόμενο πτερύγιο
Αυτές οι ψύκτρες με διπλωμένο πτερύγιο έχουν μεγάλη επιφάνεια, και διαθέτουν διπλωμένο υλικό ψύκτρας, και ως εκ τούτου, έχουν πολύ υψηλή απόδοση και πολύ υψηλή πυκνότητα ροής θερμότητας. Σε αυτούς τους νεροχύτες, ο αέρας κατευθύνεται να ρέει απευθείας σε ψύκτες μέσω κάποιου είδους αγωγού. Αυτό καθιστά το όλο κόστος ακριβό καθώς το κόστος κατασκευής και αγωγών συμπεριλαμβάνεται στο συνολικό κόστος του νεροχύτη.
Ψυκτικές ψύκτρες
Η διαδικασία Skiving χρησιμοποιείται για την κατασκευή αυτών των νεροχυτών, η οποία περιλαμβάνει την κατασκευή πολύ λεπτών τεμαχίων μετάλλων γενικά χαλκού. Ως εκ τούτου, αυτά καλούνται ως ψεκασμοί θερμότητας. Αυτά είναι ψύκτες μέσης έως υψηλής απόδοσης.
Ψεύτικες ψύκτρες
Τα μέταλλα όπως ο χαλκός και το αλουμίνιο χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν ψύκτρες χρησιμοποιώντας συμπιεστικές δυνάμεις. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διαδικασία σφυρηλάτησης. Ως εκ τούτου, ονομάζονται ψεύτικες ψύκτρες.
Ψύκτες ψύξης με μονό πτερύγιο
Αυτά είναι ελαφριά και μπορούν να εγκατασταθούν σε στενούς χώρους. Έχουν επίσης ικανότητα χαμηλής έως υψηλής απόδοσης και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πολλές εφαρμογές. Αλλά το σημαντικό μειονέκτημα είναι ότι είναι λίγο ακριβό.
Ψυγεία Swaged
Το Swaging είναι μια διαδικασία σφυρηλάτησης ψυχρής εργασίας, αλλά μερικές φορές μπορεί να γίνει ακόμη και ως διαδικασία καυτής εργασίας στην οποία οι διαστάσεις ενός αντικειμένου μετατρέπονται σε μήτρα. Αυτά είναι φθηνά, μεσαίας απόδοσης και περιορίζονται στη διαχείριση της ροής του αέρα.
Σημασία των ψύκτρων σε ηλεκτρονικά κυκλώματα
- Η ψύκτρα είναι ένας παθητικός εναλλάκτης θερμότητας και έχει σχεδιαστεί ώστε να έχει μεγάλη επιφάνεια σε επαφή με το περιβάλλον (ψύξη) μέσο όπως ο αέρας. Τα εξαρτήματα ή τα ηλεκτρονικά μέρη ή συσκευές που δεν επαρκούν για τη μέτρηση της θερμοκρασίας τους, απαιτούν ψύκτες για ψύξη. Θερμότητα που παράγεται από κάθε στοιχείο ή συστατικό του ηλεκτρονικού κυκλώματος πρέπει να διασκορπιστεί για τη βελτίωση της αξιοπιστίας του και την πρόληψη της πρόωρης αστοχίας του εξαρτήματος.
- Διατηρεί τη θερμική σταθερότητα στα όρια για κάθε ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξάρτημα οποιουδήποτε κυκλώματος ή ηλεκτρονικά μέρη οποιουδήποτε συστήματος. Η απόδοση της ψύκτρας εξαρτάται από παράγοντες όπως η επιλογή ενός υλικού, ο σχεδιασμός της προεξοχής, η επεξεργασία της επιφάνειας και η ταχύτητα του αέρα.
- Οι κεντρικές μονάδες επεξεργασίας και οι επεξεργαστές γραφικών ενός υπολογιστή ψύχονται επίσης χρησιμοποιώντας τις ψύκτρες. Οι ψύκτες καλούνται επίσης ως θερμοσίφωνες, τα οποία χρησιμοποιούνται συχνά ως καλύμματα στη μνήμη ενός υπολογιστή για να διαλύσουν τη θερμότητα του.
- Εάν δεν παρέχονται ψύκτρες για ηλεκτρονικά κυκλώματα, τότε θα υπάρχει πιθανότητα αστοχίας εξαρτημάτων όπως τρανζίστορ, ρυθμιστών τάσης, IC, LED και τρανζίστορ ισχύος. Ακόμα και ενώ συγκόλληση ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος , συνιστάται η χρήση ψύκτρας για την αποφυγή υπερβολικής θέρμανσης των στοιχείων.
- Οι ψύκτρες όχι μόνο παρέχουν απαγωγή θερμότητας, αλλά χρησιμοποιούνται επίσης για τη διαχείριση θερμικής ενέργειας που γίνεται με τη διάχυση της θερμότητας όταν η θερμότητα είναι μεγαλύτερη. Σε περίπτωση χαμηλών θερμοκρασιών, οι ψύκτρες προορίζονται να παρέχουν θερμότητα απελευθερώνοντας θερμική ενέργεια για τη σωστή λειτουργία του κυκλώματος.
Επιλογή ψύκτρας
Για την επιλογή της ψύκτρας πρέπει να λάβουμε υπόψη τους ακόλουθους μαθηματικούς υπολογισμούς:
Σκεφτείτε
Q: Ρυθμός απαγωγής θερμότητας σε Watt
T_j: Μέγιστη θερμοκρασία σύνδεσης της συσκευής σε 0C
T_c: Θερμοκρασία θήκης συσκευής σε 0C
T_a: Θερμοκρασία αέρα περιβάλλοντος στους 0C
T_s: Η μέγιστη θερμοκρασία της ψύκτρας βρίσκεται πολύ τακτοποιημένη στη συσκευή σε 0C
Η θερμική αντίσταση μπορεί να δοθεί από
R = ΔT / Q
Η ηλεκτρική αντίσταση δίνεται από
R_e = ΔV / I
Η θερμική αντίσταση μεταξύ της διασταύρωσης και της θήκης της συσκευής δίνεται από
R_jc = (ΔT_jc) / Q
Η θήκη στην αντίσταση βύθισης δίνεται από
R_cs = (ΔT_cs) / Q
Το νεροχύτη στην αντίσταση περιβάλλοντος δίνεται από
R_sa = (ΔT_sa) / Q
Έτσι, η σύνδεση με την αντίσταση στο περιβάλλον δίνεται από
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Τώρα, η απαιτούμενη θερμική αντίσταση της ψύκτρας είναι
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
Στην παραπάνω εξίσωση οι τιμές των T_j, Q και R_jc καθορίζονται από τον κατασκευαστή και οι τιμές των T_a και R_cs καθορίζονται από τον χρήστη.
Έτσι, η θερμική αντίσταση της ψύκτρας για εφαρμογή πρέπει να είναι μικρότερη ή ίση με την παραπάνω υπολογισμένη R_sa.
Κατά την επιλογή της ψύκτρας, πρέπει να ληφθούν υπόψη διάφορες παράμετροι, όπως ο θερμικός προϋπολογισμός που επιτρέπεται για ψύκτρες, η κατάσταση ροής αέρα (φυσική ροή, μικτή ροή, μικτή ροή με αναγκαστική μεταφορά).
Ο όγκος της ψύκτρας μπορεί να προσδιοριστεί διαιρώντας την ογκομετρική θερμική αντίσταση με την απαιτούμενη θερμική αντίσταση. Το εύρος της ογκομετρικής θερμικής αντίστασης είναι ως εξής στον παρακάτω πίνακα.
Το παρακάτω γράφημα δείχνει τη διακύμανση του μεγέθους της ψύκτρας αλουμινίου και της θερμικής αντίστασης ως παράδειγμα επιλογής της ψύκτρας με βάση τη θερμική αντίσταση.
Περιοχή έναντι θερμικής αντίστασης του ψύκτρα
Αυτό το άρθρο ασχολείται σύντομα με την ψύκτρα, τους διαφορετικούς τύπους ψύκτρων και τη σημασία της ψύκτρας στα ηλεκτρονικά κυκλώματα εν συντομία. Για περισσότεραπληροφορίες σχετικά με τους ψύκτες, δημοσιεύστε τα ερωτήματά σας έωςσχολιάζοντας παρακάτω.
Φωτογραφικές μονάδες:
- Ψυγείο από ecnmag
- Αρχή ψύκτρας από Στρεάκομ
- Τύποι ψύκτρων από ηλεκτρονική ψύξη
- Ψύκτρα αλουμινίου από specialchem4πολυμερή
- Περιοχή έναντι θερμικής αντίστασης της ψύκτρας κατά designworldonline
