Kaip išlaikyti žemą temperatūrą: radiatorių pasirinkimas ir taikymo pagrindas
Daugumos elektroninių komponentų, ypač mikroprocesorių ir mikrovaldiklių, terminis tankis ir toliau didėja dėl nuolatinio jų dydžio mažėjimo. Atsižvelgiant į tai, kad gyvenimo trukmė, patikimumas ir našumas yra atvirkščiai proporcingi įrenginio darbinei temperatūrai, šios evoliucijos rezultatas yra tai, kad šilumos projektavimas ir valdymas tapo pagrindine dizaino problema. Todėl projektuotojas' yra atsakingas už aiškų supratimą apie veiksmingą šilumos valdymą ir galimus radiatorių sprendimus, kad įrangos darbinė temperatūra atitiktų tiekėjo nustatytą diapazoną.
Radiatoriaus veikimo principas – padidinti aušinimo skysčio (oro) veikiamo įrenginio paviršiaus plotą. Jei radiatorius sumontuotas tinkamai, jis gali sumažinti įrangos temperatūrą pagerindamas šilumos perdavimą per kietojo oro ribą į vėsesnį aplinkos orą.
Šiame straipsnyje aprašomas aušintuvo pasirinkimas ir pateikiamos tinkamo dizaino, komponentų pasirinkimo ir geriausios praktikos gairės, norint pasiekti puikių šiluminių savybių. Jame taip pat aprašomas Ohmite' radiatoriaus sprendimas kaip pavyzdys. Daugumos elektroninių komponentų, ypač mikroprocesorių ir mikrovaldiklių, terminis tankis ir toliau didėja dėl nuolatinio jų dydžio mažėjimo. Atsižvelgiant į tai, kad gyvenimo trukmė, patikimumas ir našumas yra atvirkščiai proporcingi įrenginio darbinei temperatūrai, šios evoliucijos rezultatas yra tai, kad šilumos projektavimas ir valdymas tapo pagrindine dizaino problema. Todėl projektuotojas' yra atsakingas už aiškų supratimą apie veiksmingą šilumos valdymą ir galimus radiatorių sprendimus, kad įrangos darbinė temperatūra atitiktų tiekėjo nustatytą diapazoną.
Radiatoriaus veikimo principas – padidinti aušinimo skysčio (oro) veikiamo įrenginio paviršiaus plotą. Jei radiatorius sumontuotas tinkamai, jis gali sumažinti įrangos temperatūrą pagerindamas šilumos perdavimą per kietojo oro ribą į vėsesnį aplinkos orą.
Šiame straipsnyje aprašomas aušintuvo pasirinkimas ir pateikiamos tinkamo dizaino, komponentų pasirinkimo ir geriausios praktikos gairės, norint pasiekti puikių šiluminių savybių. Jame taip pat aprašomas Ohmite' radiatoriaus sprendimas kaip pavyzdys.
Integrinio grandyno (IC) galia yra išsklaidoma šilumos pavidalu iš aktyviosios tranzistoriaus jungties, o sandūros temperatūra yra proporcinga išsklaidytai galiai. Gamintojas nurodo maksimalią jungties temperatūrą, tačiau paprastai ji yra apie 150°C. Šios sankryžos temperatūros viršijimas paprastai sugadins įrenginį, todėl dizaineris turi rasti būdų, kaip perduoti kuo daugiau šilumos iš IC. Norėdami tai padaryti, jie gali pasikliauti gana paprastu šilumos srauto matavimo modeliu. Šis modelis yra panašus į elektrinį Ohmo dėsnio skaičiavimą, pagrįstą šiluminės varžos sąvoka, su simboliu θ.
Šiluminė varža reiškia pasipriešinimą, atsirandantį, kai šiluma teka iš vienos terpės į kitą. Jo vienetas yra Celsijaus/W (°C/W), kuris apibrėžiamas taip:
in:
θ yra šiluminė varža per šiluminę barjerą ℃/W. ∆T yra temperatūros skirtumas tarp šiluminio barjero ℃.
P yra mazgo išsklaidyta galia vatais. Atsižvelgiant į fizinį IC ir šilumos kriauklės išdėstymą, yra daug šiluminių sąsajų. Pirmasis yra tarp sankryžos ir IC korpuso ir yra pavaizduotas šilumine varža θjc.
Šilumos kriauklė yra sujungta su IC naudojant šiluminės sąsajos medžiagą (TIM), pvz., terminę pasta arba šiluminę juostelę, kad padidėtų šilumos laidumas tarp dviejų įrenginių. Šis šilumai laidus sluoksnis paprastai turi labai mažą šiluminę varžą, kuri yra šiluminės varžos dalis nuo korpuso iki šilumos kriauklės ir yra pavaizduota θcs. Paskutinis lygis yra radiatoriaus ir supančios aplinkos sąsaja, žymima θsa.
Šiluminė varža yra kaip rezistoriai elektroninėse grandinėse, kurios yra sujungtos nuosekliai. Visų šiluminių varžų suma yra bendra šiluminė varža nuo sandūros iki aplinkos oro.
Paprastai IC pardavėjai netiesiogiai arba aiškiai nurodo šiluminę varžą nuo sankryžos iki korpuso. Ši specifikacija gali būti pateikta kaip maksimali korpuso temperatūra, pašalinant vieną iš šiluminės varžos elementų. Taikymo IC projektuotojas nekontroliuoja jungties su korpusu šiluminės varžos charakteristikų. Tačiau dizaineris gali pasirinkti TIM ir aušintuvo funkcijas, kad visiškai atvėsintų IC ir išlaikytų sankryžos temperatūrą žemiau nurodytos maksimalios temperatūros. Paprastai tariant, kuo mažesnė TIM ir šilumos kriauklės šiluminė varža, tuo žemesnė aušinimo IC korpuso temperatūra.
Šilumos išsklaidymo požiūriu radiatorių pasirinkti gana paprasta. Kaip minėta pirmiau, „Ohmite BG“ serijos aušintuvas yra tinkamas BGA paketų IC aušinimo problemos sprendimas.
