Princip tepelného návrhu vysokovýkonového spínaného zdroje
1. Proč elektronické výrobky potřebují tepelné řešení
Čipy elektronických produktů jsou vysoce integrované, se stále více funkčními požadavky a menšími a menšími objemovými požadavky. Současné komponenty se rychle vyvíjejí směrem k miniaturizaci, vysoké funkčnosti a vysoké účinnosti. Vysoce výkonné komponenty budou generovat velké množství tepla při vysokých rychlostech a toto teplo musí být okamžitě odstraněno, aby bylo zajištěno, že komponenty mohou pracovat při normálních provozních teplotách. Pracujte s nejvyšší účinností. Proto je související technologie vedení tepla neustále zpochybňována s rozvojem elektronického průmyslu.
2. Typy materiálů chladičů:
Zlato, stříbro, železo, měď, hliník, hliníková slitina, silikonový plech atd.
3. Princip odvodu tepla
Forma rozptylu tepla radiátoru A zahrnuje především sálání a konvekci.
Přenos tepla zářením: tepelná energie se přenáší ve formě záření, bez jakéhokoli média, může být přenášena ve vakuu, jako je tepelná energie slunce přenášená na Zemi vesmírem.
Konvekční přenos tepla: Tepelná energie se přenáší vzduchem nebo jinými médii, jako jsou konvekční radiátory k ohřevu vzduchu. Vzduch ohřívá vše v místnosti a pohyb vzduchu závisí hlavně na pohybu vzduchu k šíření tepelné energie.
Radiační radiátory v tradičním smyslu označují radiátory, které představují relativní podíl na celkovém rozptylu tepla. V současnosti jsou nejtypičtějšími sálavými radiátory litinové, ocelové sloupové radiátory a kompozitní radiátory měď-hliník. A tak dále, mezi nimi tvoří tepelná energie přenášená sáláním pouze 30 procent a dalších 70 procent tepelné energie je přenášeno konvekcí. Konvekční radiátor je radiátor v podstatě bez radiační výměny tepla (nebo velmi malý), jako je například Fried měděný trubkový konvekční radiátor. Ohřeje se pohodlněji a rychleji než sálavý radiátor.
B. Způsoby odvodu tepla zahrnují odvod tepla zářením, odvod tepla vedením, odvod tepla konvekcí a odvod tepla odpařováním.
Teplo vytvářené různými tkáněmi a orgány těla je rovnoměrně distribuováno do všech částí těla spolu s krevním oběhem. Když krev proudí krevními cévami kůže, 90 procent celkového tepla je odváděno kůží, takže kůže je hlavní částí těla, která teplo odvádí. Je zde také malá část tepla, která se z těla odvádí plícemi, ledvinami a trávicím traktem spolu s dýcháním, močí a stolicí.
(1) Způsob odvodu tepla - především fyzikální způsob
1. Záření Záření znamená, že tělo odvádí teplo vyzařováním infračervených paprsků. Když je teplota kůže vyšší než teplota okolí, je tělesné teplo odváděno zářením. Rozptyl tepla zářením souvisí s faktory, jako je teplota kůže, okolní teplota a účinná radiační plocha těla. Obecně platí, že odvod tepla zářením tvoří 40 procent celkového odvodu tepla. Samozřejmě, pokud je okolní teplota vyšší než teplota kůže, tělo bude sálavé teplo absorbovat. Oceláři pracují před pecemi, stejně jako farmáři, kteří v parném létě pracují na polích pod sluncem.
2. Vedení a proudění Vedení je způsob, jakým tělo odvádí teplo přenosem molekulární kinetické energie. Když je lidské tělo v přímém kontaktu s předměty, které jsou chladnější než kůže (jako jsou šaty, postele, židle atd.), dochází k přenosu tepla z těla na tyto předměty. Klinicky tento princip využívá použití ledových čepiček, ledových obkladů a dalších metod k ochlazení pacientů s vysokou horečkou.
C, výměna tepla mezi radiátorem a okolím
Po předání tepla do horní části radiátoru je nutné předané teplo co nejdříve odvést do okolního prostředí. U vzduchem chlazeného radiátoru jde o výměnu tepla s okolním vzduchem. V tomto okamžiku se teplo přenáší mezi dvěma různými médii a následuje vzorec Q= XAX ΔT, kde ΔT je teplotní rozdíl mezi dvěma médii, tedy rozdíl teplot mezi radiátorem a okolním vzduchem. ; a je teplotním rozdílem kapaliny. Tepelná vodivost, po určení materiálu chladiče a složení vzduchu, je to pevná hodnota; nejdůležitější A je kontaktní plocha mezi chladičem a vzduchem. Za předpokladu, že ostatní podmínky zůstanou nezměněny, jako je objem chladiče, bude obecně existovat Nicméně změnou tvaru radiátoru, zvětšením kontaktní plochy se vzduchem a zvětšením teplosměnné plochy je efektivní prostředky pro zlepšení účinnosti odvodu tepla. , Aby se toho dosáhlo, je povrchová plocha obecně zvětšena pomocí designu žeber doplněného o zdrsnění povrchu nebo závity.
Po předání tepla vzduchu se teplota vzduchu v kontaktu s chladičem rychle zvýší. V této době by měl horký vzduch co nejvíce odebírat teplo s okolním studeným vzduchem výměnou tepla, jako je konvekce. U vzduchem chlazených radiátorů je nejdůležitějším prostředkem zvýšení rychlosti proudění vzduchu a použití ventilátoru k dosažení nucené konvekce. Souvisí to především s konstrukcí ventilátoru a rychlostí větru. Účinnost ventilátoru chladiče (jako je průtok, tlak větru) závisí především na průměru lopatky ventilátoru, axiální délce, rychlosti ventilátoru a tvaru lopatky ventilátoru. Průtok ventilátoru je většinou v CFM (imperiální systém, kubické stopy/minutu) a CFM je přibližně 0,028 mm3/minutu průtok.
Radiátor z čistého hliníku
Radiátor z čistého hliníku je nejběžnějším radiátorem v prvních dnech. Jeho výrobní proces je jednoduchý a náklady jsou nízké. Čistý hliníkový chladič zatím stále zaujímá značnou část trhu. Aby se zvýšila plocha rozptylu tepla jeho žeber, nejběžněji používanou metodou zpracování pro radiátory z čistého hliníku je technologie vytlačování hliníku a hlavními ukazateli pro hodnocení radiátoru z čistého hliníku jsou tloušťka základny radiátoru a poměr Pin-Fin. . Pin odkazuje na výšku žeber chladiče a Fin odkazuje na vzdálenost mezi dvěma sousedními žebry. Poměr Pin-Fin je výška čepu (bez tloušťky základny) dělená žebrem. Čím větší je poměr Pin-Fin, tím větší je efektivní plocha chladiče pro odvod tepla a tím pokročilejší je technologie vytlačování hliníku.
Radiátor z čisté mědi
Tepelná vodivost mědi je 1,69krát větší než tepelná vodivost hliníku, takže za předpokladu, že ostatní podmínky jsou stejné, mohou chladiče z čisté mědi odebírat teplo ze zdroje tepla rychleji. Problémem je však textura mědi. Mnoho inzerovaných "čistých měděných chladičů" není ve skutečnosti 100% mědí. V seznamu mědi se ty s obsahem mědi vyšším než 99 procent nazývají měď bez kyselin a další třídou mědi je měď Dan s obsahem mědi nižším než 85 procent. Většina čistých měděných chladičů na trhu má v současnosti obsah mědi mezi těmito dvěma. Obsah mědi u některých podřadných radiátorů z čisté mědi není ani 85 procent . Přestože jsou náklady velmi nízké, jeho tepelná vodivost je značně snížena, což ovlivňuje odvod tepla. Kromě toho má měď také zjevné nedostatky, jako je vysoká cena, obtížné zpracování a příliš velká hmotnost chladiče, které brání použití celoměděných chladičů. Tvrdost červené mědi není tak dobrá jako u hliníkové slitiny AL6063 a výkon některého mechanického zpracování (jako je drážkování) není tak dobrý jako u hliníku; teplota tání mědi je mnohem vyšší než teplota tání hliníku, což neprospívá tvarování vytlačováním (ExtrusiON) a tak dále.
Ačkoli nejběžněji používanými materiály chladiče jsou měď a slitiny hliníku, slitiny hliníku se snadno zpracovávají a mají nízkou cenu a jsou nejrozšířenějšími materiály. Vyšší tepelná vodivost mědi zlepšuje její okamžitou schopnost absorpce tepla než slitiny hliníku. Rychlost je nižší než u hliníkové slitiny. Proto bez ohledu na radiátor z čisté mědi, čistého hliníku nebo hliníkové slitiny existuje fatální chyba: protože je použit pouze jeden materiál, ačkoli základní kapacita rozptylu tepla může splňovat potřeby mírného rozptylu tepla, nemůže dobře vyvážit vedení tepla. . Dva požadavky na kapacitu a tepelnou kapacitu jsou poněkud zahlceny v případech s vysokými požadavky na odvod tepla.
Technologie lepení měď-hliník
Po zvážení příslušných nedostatků mědi a hliníku některé špičkové radiátory na trhu často používají výrobní procesy v kombinaci měď-hliník. Tyto chladiče obvykle používají měděné kovové základny, zatímco žebra chladiče jsou vyrobeny z hliníkové slitiny. Samozřejmě, Kromě měděné základny existují také metody, jako je použití měděných sloupků pro chladič, což je také stejný princip. Díky vysoké tepelné vodivosti může měděný spodní povrch rychle absorbovat teplo uvolněné CPU; hliníková žebra lze složitými procesy vyrobit do nejpříznivějšího tvaru pro odvod tepla, poskytují velký akumulační prostor a rychle ho uvolňují. Ve všech aspektech byla nalezena rovnováha.
Teplo je odváděno z jádra CPU na povrch chladiče, což je proces vedení tepla. U základny chladiče, protože je v přímém kontaktu s malou oblastí vysokého zdroje tepla, je požadováno, aby základna mohla rychle odvádět teplo. Použití materiálů s vyšší tepelnou vodivostí pro chladič je velmi užitečné pro zlepšení tepelné vodivosti. Ze srovnávací tabulky teplovodného systému je vidět, že např. tepelná vodivost hliníku je 237W/mK a tepelná vodivost mědi 401W/mK. Při porovnání radiátorů stejného objemu je hmotnost mědi 3x větší než hmotnost hliníku, zatímco měrné teplo hliníku je 3x. Je pouze 2,3krát větší než měděný, takže pod stejným objemem může měděný radiátor pojmout více tepla než hliníkový radiátor a zahřívat se pomaleji. Při stejné tloušťce základny chladiče může měď nejen rychle odstranit teplotu zdrojů tepla, jako je CPU Die, ale také její vlastní nárůst teploty je pomalejší než u hliníkových chladičů. Proto je pro výrobu spodní plochy chladiče vhodnější měď.
Kombinace těchto dvou kovů je však poměrně obtížná a afinita mezi mědí a hliníkem je špatná. teplotní odolnost). Při skutečném návrhu a výrobě se výrobci vždy snaží co nejvíce snížit tepelný odpor rozhraní a vyhnout se slabinám, což často odráží konstrukční možnosti výrobce a výrobní procesy.
4. Tepelné médium - tepelně vodivý silikagel.
A. Co je tepelný odpor?
Takzvaný „tepelný odpor“ (tepelný odpor) označuje komplexní parametr, který odráží schopnost bránit přenosu tepla. Koncepce tepelného odporu je velmi podobná jako u odporu a jednotka je také podobná - stupeň /W, to znamená teplotní rozdíl mezi dvěma konci dráhy vedení tepla, když trvalý výkon přenosu tepla objektu je 1W .
b. Tepelný odpor vzduchu je v přírodě největší a jeho hodnota se blíží 0,03W/mK;
C. Vyplňte mezeru mezi topným tělesem a kovovým chladičem, abyste omezili vzduch, aby topné těleso a chladič vykazovaly přímý odvod tepla prouděním.
d. Tepelně vodivá silikonová fólie může také odvádět teplo nepřímo, to znamená, že je vystavena venku, takže se nazývá chladič.
Sinda Thermal je předním výrobcem chladičů, vlastníme tým tepelných odborníků a mnoho přesných zařízení a vybavení, můžeme nabídnout nejkonkurenceschopnější nabídku a vysoce kvalitní chladiče. Prosím, kontaktujte nás volně, pokud máte nějaké tepelné požadavky.
