Konstrukce žeber ve tvaru rohu může zlepšit účinnost odvodu tepla chladiče s kolíkovým žebrem
Konstrukce žeber ve tvaru rohu může zlepšit účinnost odvodu tepla chladiče s kolíkovým žebrem.
V posledních letech se funkce špičkových FPGA rychle rozvinuly do nebývalých výšek. Rychlý rozvoj funkcí bohužel zvýšil i nároky na odvod tepla. Proto konstruktéři potřebují účinnější chladiče, aby zajistily dostatečné požadavky na chlazení integrovaných obvodů.
Aby vyhověli výše uvedeným potřebám, zavedli dodavatelé tepelného managementu řadu vysoce výkonných konstrukčních řešení chladičů, které mohou poskytnout silnější chladicí účinek při dané kapacitě. Radiátor s kolíkovým žebrem ve tvaru rohu je jednou z nejdůležitějších technologií představených v posledních letech. Tento druh chladiče byl původně navržen pro chlazení FPGA a některé z jeho vlastností jej činí zvláště vhodným pro běžná prostředí FPGA.
Lepší chlazení a řízení proudění vzduchu.
Chladič s rozšířeným kolíkem je vybaven řadou válcových kolíků. Jak je znázorněno na obrázku 1, tyto kolíky slouží jako žebra pro chladič a jsou uspořádány ve tvaru nakloněném směrem ven. Díky své jedinečné fyzické struktuře je chladič s kolíkovým žebrem ve tvaru rohu optimalizován pro prostředí s nízkou a střední rychlostí proudění vzduchu a v tomto prostředí může dosáhnout nebývalého chladicího efektu. Materiál tohoto typu chladiče může být měď nebo hliník a půdorys se pohybuje od 0,54 × 0,54 palce do 2,05 × 2,05 palce a výška se pohybuje od méně než půl palce až po něco málo přes jeden palec. Tato velikost může splňovat požadavky různých velikostí FPGA.
Chladič s kolíkovým žebrem ve tvaru rohu je odvozeným vývojem tradičního chladiče a tradiční žebra jsou uspořádána svisle (viz obrázek 2). Abychom porozuměli chladicím charakteristikám chladiče s kolíkovým žebrem ve tvaru rohu, měli bychom nejprve porozumět chladicím vlastnostem tradičního radiátoru. Chladicí výkon tradičního chladiče je také velmi dobrý, což se odráží především v nízkém tepelném odporu. Jednotkou tepelného odporu je °C/W, která se používá k měření počtu stupňů Celsia (vyšší než okolní teplota), které zařízení spotřebuje na watt výkonu, aby způsobilo zvýšení teploty.
Nízký tepelný odpor tradičních pin-fin chladičů je způsoben především následujícími charakteristikami: válcové kolíky, všesměrová struktura kolíkového pole a jeho velká povrchová plocha a vysoká tepelná vodivost základny a kolíků atd. Pomáhá zlepšit výkon chladiče. Ve srovnání se čtvercovými nebo obdélníkovými žebry mají válcové čepy nižší odpor vůči proudění vzduchu. Ve spojení s všesměrovou strukturou kolíkového pole pomáhá okolnímu proudění vzduchu snadno vstupovat a vystupovat z kolíkového pole.
Pro dosažení výrazného chladicího efektu musí mít chladič dostatečnou plochu, jinak, pokud je plocha příliš malá, nemůže chladič odvádět dostatek tepla. Zároveň platí, že pokud je povrch chladiče větší (čím více kolíků obsahuje), tím obtížnější je pro okolní proudění vzduchu vstupovat do pole kolíků. Bohužel, pokud chladič nebude plně vystaven okolnímu proudění vzduchu, bez ohledu na to, jak velký je jeho povrch, nebude schopen efektivně odvádět teplo.
Zvětšete rozteč kolíků, aby vzduch mohl snadněji cirkulovat. Rychlost, kterou vzduch prochází chladičem, by se měla blížit rychlosti, kterou vzduch vstupuje do chladiče.
Tím, že je uspořádání kolíků kompaktnější, aby se zvětšila plocha povrchu, lze zlepšit chladicí výkon chladiče. To však bude bránit proudění vzduchu, čímž se sníží výkon rozptylu tepla. Toto je základní rozpor, kterému musí dodavatelé čelit při navrhování vertikálních kolíkových chladičů.
Ohnutím kolíků směrem ven však kolíky ve tvaru rohu účinně překonávají rozpor mezi povrchovou plochou a hustotou kolíků. Tato metoda značně zvětšuje rozestupy mezi kolíky v dané oblasti.
Proto může okolní proudění vzduchu vstupovat a vystupovat z kolíkového pole pohodlněji. Povrch chladiče je vystaven vzduchu s rychlejším prouděním a v důsledku toho je také značně zvýšena kapacita odvodu tepla. Toto zlepšení je zvláště patrné, když je rychlost proudění vzduchu nízká, protože čím pomalejší je rychlost proudění vzduchu, tím obtížnější je pro okolní vzduch vstupovat do pole kolíků chladiče. Proto je kolíkový chladič ve tvaru rohu nejvhodnější pro prostředí s nízkou rychlostí vzduchu.
