طراحی حرارتی دستگاه الکتریکی

در حال حاضر، قطعات الکترونیکی به سمت کوچک سازی، یکپارچگی بالا و راندمان بالا در حال توسعه هستند که به طور موثر عملکرد تجهیزات الکترونیکی را بهبود می بخشد و اندازه تجهیزات الکترونیکی نیز به سمت کوچک سازی در حال توسعه است. این امر طراحی حرارتی محصولات الکترونیکی را دشوارتر می کند. تجهیزات الکترونیکی از چندین واحد واحد تشکیل شده است. هنگامی که تجهیزات روشن می شود، این قطعات الکترونیکی گرمای زیادی تولید می کنند و دمای داخل تجهیزات به سرعت افزایش می یابد. اگر گرما به موقع قابل انتقال و ساطع نباشد، عملکرد عادی تجهیزات را به شدت تحت تأثیر قرار می دهد و حتی به آن آسیب می رساند. بنابراین، طراحی اتلاف گرما بخش بسیار مهمی از طراحی ساختاری تجهیزات الکترونیکی است.

روش انتقال حرارت:

به طور کلی، سه شکل هدایت گرما وجود دارد: رسانایی، همرفت و تابش.

انتخاب حالت خنک کننده:

از آنجایی که تجهیزات الکترونیکی دارای اجزای الکترونیکی متعددی هستند، ساختار تجهیزات نیز پیچیده است. بسیاری از حالت‌های انتقال حرارت داخلی ساختار تجهیزات الکترونیکی وجود دارد و در بسیاری از موارد، بسیاری از آنها با هم وجود دارند. بنابراین پارامترهای قطعات الکترونیکی و محیط کار برای انتخاب روش اتلاف حرارت مورد نیاز است. اجزای الکترونیکی مورد استفاده در یک محیط مرطوب نیاز به طراحی بسته دارند تا گرما را دفع کنند. برای تجهیزات الکترونیکی که نیاز به طراحی بسته ندارند، اتلاف گرمای طبیعی به عنوان روش اتلاف گرما انتخاب می‌شود، اما برای تجهیزاتی که گرمای زیادی تولید می‌کنند، باید اتلاف گرما را ترویج کرد یا از خنک‌کننده هوای اجباری برای دفع گرما استفاده کرد.

طراحی عمدتا حرارتی:

خنک کننده هوا با جابجایی طبیعی: از پوسته تجهیزات به عنوان رادیاتور استفاده کنید، دستگاه گرمایش را روی پوسته ثابت کنید و گرما را مستقیماً به هوا منتقل کنید. خنک کننده طبیعی بیشتر برای دستگاه های گرمایش کم مصرف مناسب است.

خنک کننده هوا با جابجایی اجباری: نه تنها از نظر طراحی ساده است، بلکه استفاده از آن راحت و مقرون به صرفه است و استفاده از آن به دلیل قابلیت اطمینان بالا، گسترده تر است.

خنک کننده مایع: به دلیل راندمان و فشردگی بالا، به طور گسترده ای برای خنک کردن واحدهای الکترونیکی با سیالیت حرارتی بالا استفاده می شود و به کانون تحقیقات طراحی حرارتی تبدیل شده است. خنک کننده مایع می تواند تک فاز یا دو فاز باشد که عمدتاً شامل خنک کننده مستقیم یا غیر مستقیم می شود.

خنک کننده TEC: از مزایای آن بدون سر و صدا و لرزش، ساختار فشرده، عملکرد و نگهداری راحت، بدون مبرد است و ظرفیت خنک کننده و سرعت خنک کننده را می توان با تغییر جریان تنظیم کرد. به طور گسترده ای در سیستم هایی با دما و چگالی توان ثابت استفاده می شود و همچنین می توان از آن برای خنک کردن دستگاه های الکترونیکی ابررسانا در دمای پایین استفاده کرد.

خنک کننده میکرو کانال:

روی ویفرها یا بسترهای سیلیکونی ناهمسانگرد، اچ ناهمسانگرد برای ایجاد کانال های مقیاس استفاده می شود. هنگامی که مایع در کانال صحنه جریان می یابد، مایع می تواند انرژی گرمایی را گرم یا مستقیماً جذب کند. در این زمان مایع در حالت بسیار نامتعادل است و انرژی انتقال حرارت زیاد است. علاوه بر این، آزمایش‌ها نشان می‌دهند که حتی زمانی که مایع خنک‌کننده از طریق میکروکانال در یک فاز جریان می‌یابد، اثر خنک‌کنندگی آن به مراتب بهتر از استفاده از جوش مایع برای خنک‌سازی است.

در سال های اخیر تحقیقات مستمری در رابطه با فناوری طراحی حرارتی انجام شده است. در حالی که به طور مداوم چندین ماده با رسانایی حرارتی بالا در حال توسعه هستند، استفاده گسترده از این مواد به میزان زیادی فناوری اتلاف حرارت فعلی تجهیزات الکترونیکی را بهبود می بخشد.