Hvad er en kølelegeme og dens betydning

Hver elektriske og elektroniske komponenter i et kredsløb genererer en vis mængde varme, mens kredsløbet udføres ved at levere strømforsyning. Typisk højeffektive halvledende enheder som f.eks effekt transistorer og optoelektronik såsom lysemitterende dioder , genererer lasere varme i betydelige mængder, og disse komponenter er utilstrækkelige til at sprede varme, da deres spredningsevne er signifikant lav.

På grund af dette fører opvarmning af komponenterne til for tidlig svigt og kan forårsage svigt i hele kredsløbet eller systemets ydeevne. Så for at erobre disse negative aspekter skal køleplader tilvejebringes til køleformål.

Hvad er en kølelegeme?

Kølelegeme

Kølelegeme er en elektronisk komponent eller en enhed af en elektronisk kredsløb som fordeler varme fra andre komponenter (hovedsageligt fra effekttransistorer) i et kredsløb i det omgivende medium og afkøler dem for at forbedre deres ydeevne, pålidelighed og undgår også for tidligt svigt af komponenterne. Til køleformål indeholder den en blæser eller køleenhed.

Princip for kølelegeme

Fouriers lov om varmeledning siger, at hvis temperaturgradient er til stede i et legeme, vil varmen overføres fra et højtemperaturområde til det tilladte temperaturområde, og dette kan opnås på tre forskellige måder, såsom konvention, stråling og ledning.

Princip for kølelegeme

Når to objekter med forskellig temperatur kommer i kontakt med hinanden, optræder ledning, der får de hurtigt bevægende molekyler i objektet med høj varme til at kollidere med de langsommere bevægende molekyler i de køligere objekter og overfører således termisk energi til det køligere objekt. og dette betegnes som varmeledningsevne.

På samme måde overfører kølelegemet varmen eller termisk energi fra en højtemperaturkomponent til et lavtemperaturmedium som luft, vand, olie osv. Normalt bruges luft som et lavtemperaturmedium, og hvis vand bruges som medium, så betegnes det som kold plade.

Kølepladetyper

Kølelegemerne er klassificeret i forskellige kategorier baseret på forskellige kriterier. Lad os overveje hovedtyperne, nemlig aktive kølelegemer og passive kølelegemer.

Kølepladetyper

Aktive kølelegemer

Disse er generelt ventilatortype og bruger strøm til køleformål. De kan også betegnes som kølelegeme eller blæsere. Ventilatorerne klassificeres yderligere som kuglelejetype og hylsterelejetype. Kuglelejemotorventilatorer foretrækkes, da deres arbejdsspændvidde er længere, og de er billigere, når det kommer til langvarig brug. Ydeevnen for denne slags kølelegeme er fremragende, men ikke til langvarige anvendelser, da de består af bevægelige dele er også lidt dyre.

Passive kølelegemer

Disse besidder ingen mekaniske komponenter og er lavet af aluminium-finnede radiatorer. Disse spreder termisk energi eller varme ved hjælp af konvektionsprocessen. Disse er mest pålidelige end de aktive kølelegemer, og til effektiv drift af passive kølelegemer anbefales det at opretholde kontinuerlig luftstrøm over deres finner.

Aluminium kølelegeme

Kølelegemer er generelt lavet af metaller, og aluminium er det mest almindelige metal, der anvendes i kølelegemet. Vi er opmærksomme på, at hvert metals varmeledningsevne er forskellig. Metalets varmeledningsevne er proportional med varmeoverførslen i kølelegemet . Således, hvis metalets varmeledningsevne øges, så
varmeoverførselskapaciteten på kølelegemet vil også øges.

Aluminium kølelegeme

Aluminiumens varmeledningsevne er 235 W / mK, det er det billigste og lette metal. Aluminium køleplader kaldes også som ekstruderede køleplader, da de kan fremstilles ved hjælp af ekstrudering.

Stemplede kølelegemer

Disse er lavet af metaller, der er stemplet for at danne en bestemt form. Dette stempel skaber kølelegemerne, når metal bevæges gennem stemplingsmaskinen. Disse er billigere sammenlignet med ekstruderede kølelegemer.
Disse bruges til applikationer med lav effekt, og derfor har disse ringe ydelse.

Bearbejdning af kølelegemer

Disse fremstilles ved bearbejdningsproces, ofte bruges båndsav til at fjerne en blok af materiale for at fremstille interfinner med præcis afstand. Disse er dyre, da meget metal kan gå som spild i fremstillingsprocessen.

Bonded-Fin kølelegemer

Disse bruges ofte til fysisk store applikationer, der kræver fornuftig ydelse som elektrisk svejsning og DC-DC mursten applikationer . Disse er lavet ved at binde individuelle finner af et metal til bunden af ​​en køleplade. Dette kan gøres ved to metoder, nemlig termisk epoxy, som er økonomisk, og den anden er ved lodning, som er dyrt.

Folded-Fin kølelegemer

Disse kølelegemer med foldet finn har stort overfladeareal og har foldet kølelegememateriale, og derfor har de meget høj ydeevne og meget høj varmefluxdensitet. I disse dræn ledes luft til at strømme direkte ind i køleplader gennem en slags kanal. Dette gør det hele dyrt, da produktionsomkostningerne og kanalerne er inkluderet i vaskens samlede omkostninger.

Skived kølelegemer

Skiving-processen bruges til fremstilling af disse dræn, hvilket indebærer, at der fremstilles meget fine blokke af metaller generelt kobber. Derfor kaldes disse som skived kølelegemer. Disse er mellemlang til højtydende kølelegeme.

Smedede kølelegemer

Metallerne som kobber og aluminium bruges til at danne kølelegemer ved hjælp af kompressionskræfter. Denne proces kaldes smedningsproces. Derfor er de navngivet som smedet kølelegeme.

Enkelt finmonteret køleplade

Disse er lette og kan installeres i trange rum. De har også lav til høj ydeevne og kan bruges til mange applikationer. Men den største ulempe er, at de er lidt dyre.

Swaged kølelegemer

Swaging er en koldbearbejdning smedningsproces, men nogle gange kan den gøres selv som varmbearbejdningsproces, hvor dimensionerne på en vare ændres til en matrice. Disse er billige, mellemlangt udførte og er begrænsede i luftstrømsstyring.

Betydningen af ​​kølelegemer i elektroniske kredsløb

• En kølelegeme er en passiv varmeveksler, og den er designet til at have stort overfladeareal i kontakt med det omgivende (køle) medium som luft. Komponenterne eller elektroniske dele eller enheder, der er utilstrækkelige til at moderere deres temperatur, kræver køleplader til køling. Varme genereret af hvert element eller komponent i elektronisk kredsløb skal spredes for at forbedre dens pålidelighed og forhindre for tidlig svigt i komponenten.
• Det opretholder termisk stabilitet i grænser for hver elektrisk og elektronisk komponent i ethvert kredsløb eller elektronikdele af ethvert system. Kølelegemets ydeevne afhænger af faktorer som valget af materiale, fremspring, overfladebehandling og lufthastighed.
• En computers centrale behandlingsenheder og grafiske processorer afkøles også ved hjælp af kølelegemerne. Kølelegemer kaldes også som varmespredere, som ofte bruges som dæksler i en computers hukommelse for at sprede varmen.
• Hvis der ikke er tilvejebragt køleplader til elektroniske kredsløb, vil der være en chance for, at komponenter som transistorer, spændingsregulatorer, IC'er, LED'er og effekttransistorer svigter. Selv mens lodning af et elektronisk kredsløb , anbefales det at bruge køleplade for at undgå overophedning af elementerne.
• Kølelegemer giver ikke kun varmeafledning, men bruges også til termisk energistyring ved at sprede varme, når varmen er mere. I tilfælde af lave temperaturer er køleplader beregnet til at give varme ved at frigive termisk energi til korrekt drift af kredsløbet.

Valg af kølelegeme

For valg af kølelegeme skal vi overveje følgende matematiske beregninger:

Overveje

Spørgsmål: Varmeafledning i Watt

T_j: Enhedens maksimale forbindelsestemperatur i 0C

T_c: Enhedens sags temperatur i 0C

T_a: Omgivende lufttemperatur ved 0C

T_s: Maksimal temperatur på kølelegemet placeret yderst pæn til enheden i 0C

Termisk modstand kan gives ved

R = ∆T / Q

Elektrisk modstand er givet af

R_e = ∆V / I

Den termiske modstand mellem enhedens forbindelsespunkt og kabinet er givet af

R_jc = (∆T_jc) / Q

Modstand mellem tilfælde og sænke er givet af

R_cs = (∆T_cs) / Q

Sink til omgivende modstand er givet af

R_sa = (∆T_sa) / Q

Således er forbindelsen til den omgivende modstand givet af

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

Nu er den krævede termiske modstand af kølelegemet

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

I ovenstående ligning er værdierne for T_j, Q og R_jc faste af producenten, og værdierne for T_a og R_cs er brugerdefineret.

Således skal termisk modstand af kølelegemet til påføring være mindre end eller lig med den ovenfor beregnede R_sa.

Under valg af kølelegeme skal forskellige parametre tages i betragtning, såsom det termiske budget, der er tilladt for kølelegemer, luftstrømstilstand (naturlig flow, lavt flow blandet, højt flow tvunget konvektion).

Volumenet på kølelegemet kan bestemmes ved at dividere den volumetriske termiske modstand med den krævede termiske modstand. Omfanget af volumetrisk termisk modstand er som følger i nedenstående tabel.

Grafen nedenfor viser variationen i størrelse på aluminiums køleplade og termisk modstand som et eksempel på valg af kølelegeme baseret på den termiske modstand.

Areal mod termisk modstand af kølelegeme

Denne artikel diskuterer om kølelegeme, forskellige typer kølelegemer og vigtigheden af ​​kølelegeme i elektroniske kredsløb i korte træk. For mereinformation om kølelegemerne, bedes du sende dine spørgsmål indenkommenterer nedenfor.

Fotokreditter:

• • Kølelegeme forbi ecnmag
  • Princip for kølelegeme ved streacom
  • Kølepladetyper efter elektronik-køling
  • Aluminium kølelegeme ved specialchem4polymerer
  • Areal versus termisk modstand af kølelegeme ved designworldonline