Kaj je hladilnik in njegov pomen

Kaj je hladilnik in njegov pomen

Vsak električne in elektronske komponente v vezju ustvarja določeno količino toplote, medtem ko se vezje izvaja z zagotavljanjem napajanja. Tipično močne polprevodniške naprave, kot so močnostni tranzistorji in opto elektronika, kot je diode, ki oddajajo svetlobo laserji ustvarjajo toploto v precejšnjih količinah in te komponente ne zadoščajo za odvajanje toplote, saj je njihova sposobnost odvajanja bistveno nizka.



Zaradi tega ogrevanje komponent vodi do prezgodnje okvare in lahko povzroči okvaro celotnega vezja ali delovanja sistema. Da bi premagali te negativne vidike, je treba zagotoviti hladilnike za hlajenje.


Kaj je hladilnik?

Hladilnik

Hladilnik





Hladilnik je elektronska komponenta ali naprava elektronsko vezje ki razprši toploto iz drugih komponent (večinoma iz močnostnih tranzistorjev) vezja v okoliški medij in jih ohladi za izboljšanje njihove učinkovitosti, zanesljivosti in se izogne ​​tudi prezgodnji okvari komponent. Za hlajenje vključuje ventilator ali hladilno napravo.

Načelo hladilnega telesa

Fourierjev zakon toplotne prevodnosti določa, da če je v telesu prisoten temperaturni gradient, se toplota prenese iz visokotemperaturnega območja v območje dovoljenega temperature. In to je mogoče doseči na tri različne načine, kot so konvencija, sevanje in prevodnost.



Načelo hladilnega telesa

Načelo hladilnega telesa

Vsakič, ko prideta dva predmeta z različno temperaturo med seboj, pride do prevodnosti, zaradi česar hitro premikajoče se molekule predmeta z visoko vročino trčijo v počasi premikajoče se molekule hladnejših predmetov in s tem prenašajo toplotno energijo na hladnejši objekt , in to se imenuje toplotna prevodnost.

Podobno toplotno telo odvaja toploto ali toplotno energijo iz visokotemperaturne komponente v nizkotemperaturni medij, kot so zrak, voda, olje itd. Običajno se zrak uporablja kot nizkotemperaturni medij in, če se voda uporablja kot medij, potem se imenuje hladna plošča.


Vrste hladilnikov

Hladilna telesa so razvrščena v različne kategorije na podlagi različnih meril. Upoštevajmo glavne tipe, in sicer aktivni hladilniki in pasivni hladilniki.

Vrste hladilnikov

Vrste hladilnikov

Aktivni hladilniki

Običajno so tipi ventilatorjev in energijo izkoriščajo za hlajenje. Lahko jih imenujemo tudi hladilnik ali ventilatorji. Ventilatorji so nadalje razvrščeni kot kroglični ležaji in tipi ležajev. Prednost imajo ventilatorji s krogličnimi ležaji, saj je njihov delovni razpon daljši in so pri dolgotrajni uporabi cenejši. Učinkovitost tovrstnih hladilnih teles je odlična, vendar ne za dolgoročno uporabo, saj so sestavljeni iz gibljivih delov in so tudi nekoliko drage.

Pasivni hladilniki

Ti nimajo nobenih mehanskih komponent in so izdelani iz radiatorjev z aluminijastimi rebrastimi deli. Ti s pomočjo postopka konvekcije odvajajo toplotno energijo ali toploto. Ti so najbolj zanesljivi kot aktivni hladilniki, za učinkovito delovanje pasivnih hladilnikov pa je priporočljivo vzdrževati neprekinjen pretok zraka preko njihovih reber.

Hladilnik iz aluminija

Hladilniki so praviloma izdelani iz kovin, aluminij pa je najpogostejša kovina, ki se uporablja v hladilniku. Zavedamo se, da je toplotna prevodnost vsake kovine različna. Toplotna prevodnost kovine je sorazmerna s prenosom toplote v hladilniku . Če se torej toplotna prevodnost kovine poveča, potem
povečala se bo tudi zmogljivost prenosa toplote hladilnega telesa.

Hladilnik iz aluminija

Hladilnik iz aluminija

Toplotna prevodnost aluminija je 235 W / mK, je najcenejša in najlažja kovina. Aluminijasti hladilniki se imenujejo tudi ekstrudirani hladilniki, saj jih je mogoče izdelati z uporabo ekstrudiranja.

Vtiskani hladilniki

Izdelane so iz kovin, ki so vtisnjene v določeno obliko. Ta žig ustvari hladilnike, kadar se kovina premika skozi stroj za vtiskovanje. Ti so cenejši kot ekstrudirani hladilniki.
Uporabljajo se za aplikacije z majhno porabo energije in so zato nizko zmogljive.

Obdelava hladilnikov

Izdelani so z obdelovalnim postopkom. Pogosto žaga se uporablja za odstranjevanje bloka materiala za izdelavo medreber z natančnim razmikom. Ti so dragi, saj lahko veliko kovine izgublja v proizvodnem procesu.

Hladilniki z lepljenimi plavutmi

Ti se pogosto uporabljajo za fizično velike aplikacije, ki zahtevajo smiselne zmogljivosti, kot so električno varjenje in DC-DC opečnate aplikacije . Izdelane so s pritrditvijo posameznih kovinskih reber na dno hladilnega telesa. To lahko storimo na dva načina, in sicer s termičnim epoksidom, ki je varčen, drugi pa z varjenjem, ki je drago.

Hladilniki z zloženimi plavutmi

Ti hladilniki z zloženimi plavuti imajo veliko površino in imajo zloženi material hladilnega telesa, zato imajo zelo visoko zmogljivost in zelo visoko gostoto toplotnega toka. V teh ponorih je usmerjen zrak, da teče neposredno v ponore skozi nekakšen kanal. Zaradi tega je vse skupaj drago, saj so stroški izdelave in kanalov vključeni v skupne stroške umivalnika.

Skived hladilniki

Za izdelavo teh ponorov se uporablja postopek čiščenja, ki vključuje izdelavo zelo finih blokov kovin, na splošno bakra. Zato se ti imenujejo odstranjeni hladilniki. To so srednje do visoko zmogljivi hladilniki.

Kovani hladilniki

Kovine, kot sta baker in aluminij, se uporabljajo s tlačnimi silami za tvorjenje hladilnih ponorov. Ta postopek se imenuje postopek kovanja. Zato so poimenovani kot ponarejeni hladilniki.

Hladilniki za posamezne plavuti

Te so majhne teže in jih je mogoče namestiti v tesnih prostorih. Imajo tudi nizko do visoko zmogljive zmogljivosti in se lahko uporabljajo za številne aplikacije. Toda glavna pomanjkljivost je, da so površine drage.

Izpuščeni hladilniki

Premikanje je hladen postopek kovanja, včasih pa ga je mogoče izvesti tudi kot vroč postopek obdelave, pri katerem se dimenzije predmeta spremenijo v matrico. Ti so poceni, srednje zmogljivi in ​​so omejeni pri upravljanju zračnega pretoka.

Pomen hladilnikov v elektronskih vezjih

  • Hladilnik je pasivni izmenjevalnik toplote in je zasnovan tako, da ima veliko površino v stiku z okoliškim (hladilnim) medijem, kot je zrak. Komponente ali elektronski deli ali naprave, ki ne zadostujejo za zmerno zniževanje temperature, potrebujejo hladilnike za hlajenje. Toplota, ki jo ustvarja vsak element oz komponenta elektronskega vezja razpršiti, da se izboljša njegova zanesljivost in prepreči prezgodnja okvara komponente.
  • Ohranja toplotno stabilnost v mejah za vsako električno in elektronska komponenta katerega koli vezja ali elektronski deli katerega koli sistema. Učinkovitost hladilnega telesa je odvisna od dejavnikov, kot so izbira materiala, oblika izbokline, površinska obdelava in hitrost zraka.
  • Centralne procesne enote in grafični procesorji računalnika se prav tako hladijo z uporabo hladilnih elementov. Hladilniki se imenujejo tudi razpršilniki toplote, ki se pogosto uporabljajo kot prevleke v pomnilniku računalnika za odvajanje toplote.
  • Če hladilniki niso predvideni za elektronska vezja, obstaja možnost okvare komponent, kot so tranzistorji, regulatorji napetosti, IC, LED in močnostni tranzistorji. Tudi medtem ko spajkanje elektronskega vezja , je priporočljivo uporabiti hladilno telo, da se izognete pregrevanju elementov.
  • Hladilniki ne zagotavljajo samo odvajanja toplote, temveč se uporabljajo tudi za upravljanje s toplotno energijo, ki se izvaja z odvajanjem toplote, kadar je toplote več. V primeru nizkih temperatur so hladilniki namenjeni zagotavljanju toplote s sproščanjem toplotne energije za pravilno delovanje vezja.

Izbira hladilnika

Za izbiro hladilnika moramo upoštevati naslednje matematične izračune:

Razmislite

V: Stopnja odvajanja toplote v vatih

T_j: Najvišja temperatura spoja naprave v 0C

T_c: Temperatura ohišja naprave v 0C

T_a: Temperatura zunanjega zraka pri 0C

T_s: Najvišja temperatura hladilnika, ki se nahaja blizu naprave v 0C

Toplotno odpornost lahko damo z

R = ∆T / Q

Električni upor je izražen z

R_e = ∆V / I

Toplotna upornost med križiščem in ohišjem naprave je podana z

R_jc = (∆T_jc) / Q

Primer odpornosti proti pomivanju podaja

R_cs = (∆T_cs) / Q

Umivalnik na odpornost na okolje daje

R_sa = (∆T_sa) / Q

Tako je spoj na odpornost na okolje podan z

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

Zdaj je potrebna toplotna odpornost hladilnika

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

V zgornji enačbi vrednosti T_j, Q in R_jc določi proizvajalec, vrednosti T_a in R_cs pa uporabniško definirane.

Tako mora biti toplotna odpornost hladilnega telesa za uporabo manjša ali enaka zgoraj izračunani R_sa.

Pri izbiri hladilnika je treba upoštevati različne parametre, kot so toplotni proračun, dovoljen za ponore, stanje pretoka zraka (naravni pretok, mešan pretok z nizkim pretokom, prisilna konvekcija z velikim pretokom).

Prostornino hladilnika lahko določimo tako, da volumetrično toplotno upornost delimo z zahtevano toplotno upornostjo. Obseg volumetrične toplotne odpornosti je naslednji v spodnji tabeli.

Obseg volumetrične toplotne odpornosti
Spodnji graf prikazuje razlike v velikosti aluminijastega hladilnega telesa in toplotne odpornosti kot primer izbire hladilnega telesa glede na toplotno odpornost.

Območje v primerjavi s toplotno odpornostjo hladilnika

Območje v primerjavi s toplotno odpornostjo hladilnika

Ta članek na kratko govori o hladilnem telesu, različnih vrstah hladilnih teles in pomenu hladilnega telesa v elektronskih vezjih. Za večinformacije o hladilnih ponorih, prosimo, pošljite vaša vprašanja dokomentiranje spodaj.

Zasluge za fotografije: