اصل طراحی حرارتی منبع تغذیه سوئیچینگ توان بالا

1. چرا محصولات الکترونیکی به محلول حرارتی نیاز دارند

تراشه های محصولات الکترونیکی بسیار یکپارچه هستند، با نیازهای کاربردی بیشتر و بیشتر و نیازهای حجم کمتر و کمتر. اجزای امروزی به سرعت در حال توسعه به سمت کوچک سازی، عملکرد بالا و کارایی بالا هستند. قطعات با کارایی بالا در سرعت های بالا گرمای زیادی تولید می کنند و این گرما باید فورا حذف شود تا اطمینان حاصل شود که قطعات می توانند در دمای معمولی کار کنند. با بالاترین راندمان کار کنید. بنابراین، فناوری مربوط به هدایت گرما به طور مداوم با توسعه صنعت الکترونیک به چالش کشیده می شود.

2. انواع مواد هیت سینک:

طلا، نقره، آهن، مس، آلومینیوم، آلیاژ آلومینیوم، ورق سیلیکون و غیره.

3. اصل اتلاف حرارت

شکل اتلاف حرارت رادیاتور A عمدتاً شامل تابش و همرفت است.

انتقال حرارت تابشی: انرژی گرمایی به صورت تشعشع منتقل می شود، بدون هیچ وسیله ای می توان آن را در حالت خلاء منتقل کرد، مانند انرژی گرمایی خورشید از طریق کیهان به زمین منتقل می شود.

انتقال حرارت همرفتی: انرژی گرمایی از طریق هوا یا رسانه های دیگر مانند رادیاتورهای همرفتی برای گرم کردن هوا منتقل می شود. هوا همه چیز را در اتاق گرم می کند و حرکت هوا عمدتاً به حرکت هوا برای پخش انرژی گرمایی متکی است.

رادیاتورهای تشعشعی در معنای سنتی به رادیاتورهایی اطلاق می شود که سهم نسبی از مجموع گرما را به خود اختصاص می دهند. در حال حاضر معمولی ترین رادیاتورهای تابشی عبارتند از چدن، رادیاتورهای ستون فولادی و رادیاتورهای کامپوزیت مس-آلومینیوم. و به همین ترتیب، در میان آنها، انرژی گرمایی منتقل شده توسط تشعشع تنها 30 درصد را تشکیل می دهد و 70 درصد دیگر انرژی گرمایی از طریق همرفت منتقل می شود. رادیاتور همرفتی، رادیاتوری است که اساساً تبادل حرارتی تشعشعی ندارد (یا بسیار کوچک)، مانند رادیاتور همرفتی لوله مسی سرخ شده. راحت تر و سریعتر از رادیاتور تابشی گرم می شود.

ب- روشهای اتلاف حرارت شامل اتلاف حرارت تشعشعی، اتلاف حرارت رسانایی، اتلاف گرمای همرفتی و اتلاف حرارت تبخیری است.

گرمای تولید شده توسط بافت ها و اندام های مختلف بدن به طور مساوی در تمام قسمت های بدن همراه با گردش خون توزیع می شود. هنگامی که خون از طریق رگ های خونی پوست جریان می یابد، 90 درصد از کل گرما توسط پوست دفع می شود، بنابراین پوست قسمت اصلی بدن برای دفع گرما است. همچنین بخش کوچکی از گرما وجود دارد که از طریق ریه ها، کلیه ها و دستگاه گوارش با تنفس، ادرار و مدفوع از بدن دفع می شود.

(1) راه اتلاف گرما - عمدتاً راه فیزیکی

1. تشعشع تابش به این معناست که بدن با انتشار اشعه مادون قرمز گرما را دفع می کند. زمانی که دمای پوست از دمای محیط بیشتر باشد، گرمای بدن توسط تشعشعات دفع می شود. اتلاف گرمای تابش به عواملی مانند دمای پوست، دمای محیط و ناحیه تابش موثر بدن مربوط می شود. به طور کلی، اتلاف گرمای تابشی 40 درصد از کل اتلاف گرما را تشکیل می دهد. البته اگر دمای محیط بیشتر از دمای پوست باشد، بدن گرمای تابشی را جذب می کند. کارگران فولاد در مقابل کوره ها کار می کنند، همانطور که کشاورزانی که در تابستان گرم در مزارع زیر آفتاب کار می کنند.

2. رسانایی و همرفت رسانش راهی است که بدن با انتقال انرژی جنبشی مولکولی گرما را دفع می کند. هنگامی که بدن انسان در تماس مستقیم با اشیایی که خنک‌تر از پوست هستند (مانند لباس، تخت، صندلی و...) گرما از بدن به این اجسام منتقل می‌شود. از نظر بالینی، استفاده از کلاهک یخ، کیسه یخ و سایر روش ها برای خنک کردن بیماران مبتلا به تب بالا از این اصل استفاده می کند.

ج، تبادل حرارت بین رادیاتور و محیط است

پس از انتقال گرما به قسمت بالای رادیاتور، لازم است در اسرع وقت حرارت منتقل شده به محیط اطراف پخش شود. برای رادیاتور هوا خنک، تبادل گرما با هوای اطراف است. در این زمان، گرما بین دو محیط مختلف منتقل می شود و فرمول زیر Q= XAX ΔT است که ΔT اختلاف دمای بین دو رسانه است، یعنی اختلاف دمای رادیاتور و هوای اطراف. ; و اختلاف دمای سیال است. هدایت حرارتی، پس از تعیین مواد سینک حرارتی و ترکیب هوا، یک مقدار ثابت است. مهمترین A منطقه تماس بین هیت سینک و هوا است. با این فرض که سایر شرایط مانند حجم هیت سینک بدون تغییر باقی می ماند، عموماً وجود خواهد داشت، اما با تغییر شکل رادیاتور، افزایش سطح تماس با هوا و افزایش سطح تبادل حرارت، موثر است. به معنای بهبود راندمان اتلاف گرما است. برای دستیابی به این هدف، مساحت سطح عموماً با استفاده از طراحی باله‌ای که با زبری سطح یا رزوه‌ها تکمیل می‌شود، افزایش می‌یابد.

پس از انتقال گرما به هوا، دمای هوای تماس با هیت سینک به سرعت بالا می رود. در این زمان، هوای گرم باید تا حد امکان گرما را با هوای سرد اطراف از طریق تبادل حرارتی مانند همرفت از بین ببرد. برای رادیاتورهای هوا خنک، مهمترین وسیله افزایش سرعت جریان هوا و استفاده از فن برای دستیابی به همرفت اجباری است. این عمدتا به طراحی فن و سرعت باد مربوط می شود. کارایی فن رادیاتور (مانند جریان، فشار باد) عمدتاً به قطر پره فن، طول محوری، سرعت فن و شکل تیغه فن بستگی دارد. جریان فن بیشتر در CFM (سیستم امپراتوری، فوت مکعب/دقیقه) است و یک CFM حدود 0.028mm3/min جریان است.

رادیاتور آلومینیومی خالص

رادیاتور آلومینیومی خالص رایج ترین رادیاتور در روزهای اولیه است. فرآیند تولید آن ساده و هزینه آن پایین است. تاکنون رادیاتور آلومینیومی خالص بخش قابل توجهی از بازار را به خود اختصاص داده است. به منظور افزایش مساحت اتلاف حرارت پره های آن، متداول ترین روش پردازش رادیاتورهای آلومینیومی خالص، فناوری اکستروژن آلومینیومی است و شاخص های اصلی برای ارزیابی رادیاتور آلومینیومی خالص، ضخامت پایه رادیاتور و نسبت Pin-Fin است. . پین به ارتفاع باله های هیت سینک و Fin به فاصله بین دو باله مجاور اشاره دارد. نسبت Pin-Fin ارتفاع پین (به استثنای ضخامت پایه) تقسیم بر باله است. هرچه نسبت Pin-Fin بزرگتر باشد، ناحیه اتلاف گرمای موثر رادیاتور بزرگتر است و فناوری اکستروژن آلومینیومی پیشرفته تر است.

رادیاتور مسی خالص

رسانایی حرارتی مس 1.69 برابر آلومینیوم است، بنابراین در شرایط دیگر، سینک های حرارتی مس خالص می توانند گرما را سریعتر از منبع گرما دور کنند. با این حال، بافت مس یک مشکل است. بسیاری از «هیت سینک‌های مس خالص» تبلیغاتی واقعاً 100 درصد مس نیستند. در فهرست مس، مس هایی که میزان مس آنها بیش از 99 درصد است، مس بدون اسید نامیده می شوند و عیار بعدی مس، مس دان با میزان مس کمتر از 85 درصد است. اکثر هیت سینک های مس خالص موجود در بازار در حال حاضر دارای محتوای مسی بین این دو هستند. محتوای مس برخی از رادیاتورهای مس خالص پایین حتی 85 درصد هم نیست. اگرچه هزینه آن بسیار کم است، رسانایی حرارتی آن بسیار کاهش می یابد، که بر اتلاف گرما تأثیر می گذارد. علاوه بر این، مس دارای کاستی های آشکاری از جمله هزینه بالا، پردازش دشوار و جرم بیش از حد هیت سینک است که مانع از کاربرد سینک های حرارتی تمام مسی می شود. سختی مس قرمز به خوبی آلیاژ آلومینیوم AL6063 نیست و عملکرد برخی از پردازش های مکانیکی (مانند شیار زدن) به خوبی آلومینیوم نیست. نقطه ذوب مس بسیار بالاتر از آلومینیوم است که برای تشکیل اکستروژن (ExtrusiON) و غیره مناسب نیست.

اگرچه متداول‌ترین مواد استفاده‌شده در هیت سینک مس و آلیاژ آلومینیوم هستند، آلیاژهای آلومینیوم به راحتی پردازش می‌شوند و هزینه کمی دارند و پرمصرف‌ترین مواد هستند. رسانایی حرارتی بالاتر مس باعث می شود که توانایی جذب حرارت آنی آن بهتر از آلیاژهای آلومینیوم باشد. سرعت کمتر از آلیاژ آلومینیوم است. بنابراین، صرف نظر از مس خالص، آلومینیوم خالص یا رادیاتور آلیاژ آلومینیوم، یک عیب کشنده وجود دارد: از آنجایی که فقط یک ماده استفاده می شود، اگرچه ظرفیت اتلاف حرارت اولیه می تواند نیازهای اتلاف حرارت ملایم را برآورده کند، نمی تواند به خوبی هدایت گرما را متعادل کند. . دو الزام ظرفیت و ظرفیت گرمایی در مواقعی که نیاز به اتلاف گرما زیاد است تا حدودی غرق می شوند.

تکنولوژی اتصال مس و آلومینیوم

پس از در نظر گرفتن کاستی های مربوط به مس و آلومینیوم، برخی از رادیاتورهای سطح بالا در بازار اغلب از فرآیندهای ساخت ترکیبی مس و آلومینیوم استفاده می کنند. این هیت سینک ها معمولا از پایه های فلزی مسی استفاده می کنند، در حالی که پره های هیت سینک از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده اند. البته علاوه بر پایه مسی روش هایی مانند استفاده از ستون های مسی برای هیت سینک نیز وجود دارد که این نیز همان اصل است. با هدایت حرارتی بالا، سطح پایین مسی می تواند به سرعت گرمای آزاد شده توسط CPU را جذب کند. پره های آلومینیومی را می توان با استفاده از فرآیندهای پیچیده به مطلوب ترین شکل برای اتلاف گرما تبدیل کرد و فضای ذخیره گرمایی بزرگی را فراهم کرد و به سرعت آن را آزاد کرد. تعادل در همه جنبه ها پیدا شده است.

گرما از هسته CPU به سطح هیت سینک پراکنده می شود که یک فرآیند انتقال حرارت است. برای پایه هیت سینک، از آنجایی که در تماس مستقیم با ناحیه کوچکی از منبع حرارت بالا است، لازم است که پایه بتواند به سرعت گرما را از بین ببرد. استفاده از مواد با رسانایی حرارتی بالاتر برای هیت سینک برای بهبود هدایت حرارتی بسیار مفید است. از جدول مقایسه سیستم هدایت حرارتی می توان دریافت که به عنوان مثال رسانایی حرارتی آلومینیوم 237W/mK و رسانایی حرارتی مس 401W/mK است. با مقایسه رادیاتورهای هم حجم، وزن مس 3 برابر آلومینیوم و گرمای ویژه آلومینیوم 3 برابر است. این فقط 2.3 برابر مس است، بنابراین با همان حجم، یک رادیاتور مسی می تواند گرمای بیشتری نسبت به رادیاتور آلومینیومی در خود نگه دارد و کندتر گرم می شود. با همان ضخامت پایه هیت سینک، مس نه تنها می تواند به سرعت دمای منابع حرارتی مانند CPU Die را حذف کند، بلکه افزایش دمای خود کندتر از هیت سینک های آلومینیومی است. بنابراین مس برای ساخت سطح زیرین هیت سینک مناسب تر است.

با این حال، ترکیب این دو فلز نسبتا دشوار است و میل ترکیبی بین مس و آلومینیوم ضعیف است. مقاومت حرارتی). در طراحی و ساخت واقعی، سازندگان همیشه سعی می کنند تا حد امکان مقاومت حرارتی رابط را کاهش دهند و از نقاط ضعف اجتناب کنند، که اغلب نشان دهنده قابلیت های طراحی و فرآیندهای ساخت سازنده است.

4. محیط حرارتی - سیلیکاژل رسانای حرارتی.

آ. مقاومت حرارتی چیست؟

به اصطلاح "مقاومت حرارتی" (مقاومت حرارتی) به یک پارامتر جامع اشاره دارد که توانایی جلوگیری از انتقال حرارت را نشان می دهد. مفهوم مقاومت حرارتی بسیار شبیه به مقاومت است، و واحد نیز مشابه است - درجه / W، یعنی اختلاف دما بین دو انتهای مسیر هدایت گرما زمانی که قدرت انتقال حرارت پیوسته جسم 1W است. .

ب مقاومت حرارتی هوا بزرگترین مقاومت در طبیعت است و مقدار آن نزدیک به 0.03W/mK است.

ج شکاف بین بدنه گرمایش و هیت سینک فلزی را پر کنید تا هوا کاهش یابد، به طوری که بدنه گرمایش و هیت سینک اتلاف گرمای همرفت مستقیم را نشان دهند.

د ورق سیلیکونی رسانای حرارتی نیز می تواند گرما را به طور غیرمستقیم دفع کند، یعنی در بیرون در معرض دید قرار می گیرد، بنابراین به آن هیت سینک می گویند.

Sinda Thermal یک تولید کننده پیشرو هیت سینک است، ما تیمی از متخصصان حرارتی و بسیاری از امکانات و تجهیزات دقیق داریم، می توانیم از رقابتی ترین قیمت و سینک های حرارتی با کیفیت عالی استفاده کنیم. لطفا در صورت داشتن هر گونه نیاز حرارتی آزادانه با ما تماس بگیرید.