Каждый электрические и электронные компоненты в цепи выделяет некоторое количество тепла, в то время как цепь выполняется за счет источника питания. Обычно мощные полупроводниковые устройства, такие как силовые транзисторы и оптоэлектроника, такая как светодиоды , лазеры выделяют тепло в значительных количествах, и эти компоненты неадекватны для рассеивания тепла, поскольку их способность рассеивания значительно мала.
Из-за этого нагрев компонентов приводит к преждевременному выходу из строя и может вызвать отказ всей цепи или производительности системы. Итак, чтобы преодолеть эти негативные аспекты, необходимо предусмотреть радиаторы для охлаждения.
Что такое радиатор?
Радиатор
Радиатор - это электронный компонент или устройство Электронная схема который рассеивает тепло от других компонентов (в основном от силовых транзисторов) схемы в окружающую среду и охлаждает их для повышения их производительности, надежности, а также позволяет избежать преждевременного выхода из строя компонентов. Для охлаждения он включает вентилятор или охлаждающее устройство.
Принцип теплоотвода
Закон теплопроводности Фурье гласит, что если в теле присутствует градиент температуры, то тепло будет передаваться из высокотемпературной области в допустимую, и это может быть достигнуто тремя разными способами, такими как конвенция, излучение и проводимость.
Принцип теплоотвода
Каждый раз, когда два объекта с разной температурой вступают в контакт друг с другом, возникает проводимость, заставляя быстро движущиеся молекулы объекта с высокой температурой сталкиваться с медленно движущимися молекулами более холодных объектов и, таким образом, передавать тепловую энергию более холодному объекту. , и это называется теплопроводностью.
Точно так же радиатор передает тепло или тепловую энергию от высокотемпературного компонента к низкотемпературной среде, такой как воздух, вода, масло и т. Д. Обычно в качестве низкотемпературной среды используется воздух, а если в качестве среды используется вода, тогда это называется холодной тарелкой.
Типы радиаторов
Радиаторы классифицируются по разным категориям по разным критериям. Рассмотрим основные типы, а именно активные радиаторы и пассивные радиаторы.
Типы радиаторов
Активные радиаторы
Обычно это вентиляторы, которые используют энергию для охлаждения. Их также можно назвать радиаторами или вентиляторами. Вентиляторы также подразделяются на типы с шарикоподшипниками и подшипники скольжения. Вентиляторы двигателей с шариковыми подшипниками предпочтительнее, так как их рабочий диапазон длиннее и они дешевле, когда речь идет о длительном использовании. Производительность таких радиаторов отличная, но не для долгосрочного применения, поскольку они состоят из движущихся частей и тоже немного дороже.
Пассивные радиаторы
Они не имеют механических компонентов и изготовлены из радиаторов с алюминиевыми оребрениями. Они рассеивают тепловую энергию или тепло за счет процесса конвекции. Они наиболее надежны, чем активные радиаторы, и для эффективной работы пассивных радиаторов рекомендуется поддерживать непрерывный поток воздуха через их ребра.
Алюминиевый радиатор
Радиаторы обычно изготавливаются из металлов, и алюминий является наиболее распространенным металлом, используемым в радиаторах. Мы осознаем тот факт, что теплопроводность каждого металла разная. Теплопроводность металла пропорциональна теплопередаче в радиаторе. . Таким образом, если теплопроводность металла увеличивается, то
также увеличится теплопередающая способность радиатора.
Алюминиевый радиатор
Теплопроводность алюминия составляет 235 Вт / мК, это самый дешевый и легкий металл. Алюминиевые радиаторы также называют экструдированными радиаторами, поскольку они могут быть изготовлены методом экструзии.
Штампованные радиаторы
Они сделаны из металлов, которым штампуется определенная форма. Этот штамп создает теплоотводы всякий раз, когда металл проходит через штамповочную машину. Они дешевле по сравнению с экструдированными радиаторами.
Они используются для приложений с низким энергопотреблением и, следовательно, имеют низкую производительность.
Обработка радиаторов
Они производятся путем механической обработки, часто многопильный станок используется для удаления блока материала, чтобы сделать промежуточные ребра с точным интервалом. Это дорого, так как много металла может попасть в отходы в процессе производства.
Радиаторы с ребрами жесткости
Они часто используются для физически больших приложений, которые требуют разумных характеристик, таких как электросварка и Применение блоков DC-DC . Они сделаны путем приклеивания отдельных металлических пластин к основанию радиатора. Это можно сделать двумя способами, а именно: термоэпоксидной смолой, которая является экономичной, и другой - пайкой, которая является дорогой.
Радиаторы с загнутыми ребрами
Эти радиаторы с загнутыми ребрами имеют большую площадь поверхности и имеют сложенный теплоотводящий материал, и, следовательно, они обладают очень высокими характеристиками и очень высокой плотностью теплового потока. В этих стоках воздух направляется прямо в радиаторы через какой-то воздуховод. Это делает все это дорогостоящим, поскольку стоимость изготовления и воздуховодов включена в общую стоимость раковины.
Скинутые радиаторы
Для изготовления этих раковин используется процесс зачистки, который включает изготовление очень мелких металлических блоков, как правило, меди. Следовательно, они называются очищенными радиаторами. Это радиаторы средней и высокой производительности.
Кованые радиаторы
Такие металлы, как медь и алюминий, используются для формирования радиаторов за счет сжимающих сил. Этот процесс называется процессом ковки. Отсюда их название - кованые радиаторы.
Радиаторы с одним ребром
Они легкие и могут быть установлены в ограниченном пространстве. Они также обладают производительностью от низкой до высокой и могут использоваться для многих приложений. Но главный недостаток в том, что они немного дороже.
Обжимные радиаторы
Обжимка - это процесс холодной штамповки, но иногда может выполняться даже как процесс горячей обработки, при котором размеры изделия изменяются в штамп. Это недорогие, средние по производительности и ограниченные возможности управления воздушным потоком.
Важность радиаторов в электронных схемах
- Радиатор - это пассивный теплообменник, и он имеет большую площадь поверхности, контактирующей с окружающей (охлаждающей) средой, такой как воздух. Компоненты, электронные части или устройства, температура которых недостаточна для снижения температуры, требуют радиаторов для охлаждения. Тепло, выделяемое каждым элементом или компонент электронной схемы должен рассеиваться для повышения его надежности и предотвращения преждевременного выхода из строя компонента.
- Он поддерживает термическую стабильность в пределах для любых электрических и электронный компонент любой схемы или электронные компоненты любой системы. Эффективность радиатора зависит от таких факторов, как выбор материала, конструкция выступа, обработка поверхности и скорость воздуха.
- Центральные процессоры и графические процессоры компьютера также охлаждаются с помощью радиаторов. Радиаторы также называются радиаторами, которые часто используются в качестве крышек памяти компьютера для отвода тепла.
- Если для электронных схем не предусмотрены радиаторы, то существует вероятность выхода из строя таких компонентов, как транзисторы, регуляторы напряжения, микросхемы, светодиоды и силовые транзисторы. Даже пока пайка электронной схемы , рекомендуется использовать радиатор, чтобы избежать перегрева элементов.
- Радиаторы не только обеспечивают отвод тепла, но также используются для управления тепловой энергией за счет рассеивания тепла, когда тепла больше. В случае низких температур радиаторы предназначены для обеспечения тепла путем выделения тепловой энергии для правильной работы контура.
Выбор радиатора
Для выбора радиатора необходимо учесть следующие математические расчеты:
Учитывать
Q: Скорость рассеивания тепла в ваттах
T_j: максимальная температура перехода устройства в 0C
T_c: Температура корпуса устройства в 0C
T_a: Температура окружающего воздуха при 0С
T_s: Максимальная температура радиатора, максимально приближенного к устройству, 0C
Термическое сопротивление можно определить как
R = ∆T / Q
Электрическое сопротивление определяется выражением
R_e = ∆V / I
Тепловое сопротивление между переходом и корпусом устройства определяется выражением
R_jc = (∆T_jc) / Q
Аргументы в пользу снижения сопротивления даются
R_cs = (∆T_cs) / Q
Поглощение к сопротивлению окружающей среды определяется выражением
R_sa = (∆T_sa) / Q
Таким образом, переход к сопротивлению окружающей среды определяется выражением
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Теперь необходимое тепловое сопротивление радиатора составляет
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
В приведенном выше уравнении значения T_j, Q и R_jc фиксируются производителем, а значения T_a и R_cs определяются пользователем.
Таким образом, тепловое сопротивление радиатора для применения должно быть меньше или равно вычисленному выше R_sa.
При выборе радиатора необходимо учитывать различные параметры, такие как тепловой баланс, допустимый для радиаторов, состояние воздушного потока (естественный поток, смешанный поток с низким расходом, принудительная конвекция с высоким потоком).
Объем радиатора можно определить, разделив объемное тепловое сопротивление на необходимое тепловое сопротивление. Диапазон объемного термического сопротивления указан в таблице ниже.
На приведенном ниже графике показано изменение размера алюминиевого радиатора и теплового сопротивления в качестве примера выбора радиатора на основе теплового сопротивления.
Площадь в зависимости от теплового сопротивления радиатора
В этой статье вкратце рассматривается радиатор, различные типы радиаторов и важность радиатора в электронных схемах. Для большегоинформацию о радиаторах, отправляйте запросы покомментируя ниже.
Фото:
- Радиатор от ecnmag
- Принцип теплоотвода от Streacom
- Типы радиаторов по электроника-охлаждение
- Алюминиевый радиатор от Specialchem4polymers
- Зависимость площади от теплового сопротивления радиатора по designworldonline
