Didelio galingumo perjungiamojo maitinimo šaltinio šiluminio projektavimo principas

1. Kodėl elektroniniams gaminiams reikia šiluminio tirpalo

Elektroninių gaminių lustai yra labai integruoti, jiems keliami vis daugiau funkcinių reikalavimų ir vis mažesni tūrio reikalavimai. Šiuolaikiniai komponentai sparčiai tobulėja miniatiūrizmo, didelio funkcionalumo ir didelio efektyvumo link. Didelio našumo komponentai, esant dideliam greičiui, generuos daug šilumos, todėl ši šiluma turi būti nedelsiant pašalinta, kad komponentai veiktų esant normaliai darbo temperatūrai. Veikia didžiausiu efektyvumu. Todėl susijusi šilumos laidumo technologija nuolat susiduria su elektroninės pramonės plėtra.

2. Šilumos šalinimo medžiagų tipai:

Auksas, sidabras, geležis, varis, aliuminis, aliuminio lydinys, silikono lakštas ir kt.

3. Šilumos išsklaidymo principas

A radiatoriaus šilumos išsklaidymo forma daugiausia apima spinduliuotę ir konvekciją.

Spinduliuotės šilumos perdavimas: šilumos energija perduodama spinduliuotės pavidalu, be jokios terpės, ji gali būti perduodama vakuuminėje būsenoje, pavyzdžiui, saulės šilumos energija perduodama į žemę per visatą.

Konvekcinis šilumos perdavimas: šilumos energija perduodama oru ar kitomis terpėmis, pavyzdžiui, konvekciniais radiatoriais, kad šildytų orą. Oras šildo viską, kas yra patalpoje, o oro judėjimas daugiausia priklauso nuo oro judėjimo, kad paskirstytų šilumos energiją.

Radiatoriai tradicine prasme reiškia radiatorius, kurie sudaro santykinę viso šilumos išsklaidymo dalį. Šiuo metu tipiškiausi spinduliavimo radiatoriai yra ketaus, plieniniai kolonų radiatoriai, vario-aliuminio kompozitiniai radiatoriai. Ir taip toliau, tarp jų spinduliuotės perduodama šilumos energija sudaro tik 30 procentų, o kiti 70 procentų šilumos energijos perduodama konvekcija. Konvekcinis radiatorius yra radiatorius, neturintis radiacijos šilumos mainų (arba labai mažas), pvz., Fried vario vamzdžio konvekcinis radiatorius. Jis įkaista patogiau ir greičiau nei spinduliuojantis radiatorius.

B. Šilumos išsklaidymo metodai apima spinduliuotės šilumos išsklaidymo, laidumo šilumos išsklaidymo, konvekcinio šilumos išsklaidymo ir garavimo šilumos išsklaidymą.

Įvairių kūno audinių ir organų skleidžiama šiluma kartu su kraujotaka tolygiai paskirstoma visoms kūno dalims. Kai kraujas teka odos kraujagyslėmis, 90 procentų visos šilumos išsklaido oda, todėl oda yra pagrindinė kūno dalis, kuri išsklaido šilumą. Taip pat yra nedidelė šilumos dalis, kuri iš organizmo išsisklaido per plaučius, inkstus ir virškinamąjį traktą su kvėpavimu, šlapimu ir išmatomis.

(1) Šilumos išsklaidymo būdas – daugiausia fizinis

1. Radiacija Spinduliuotė reiškia, kad kūnas išsklaido šilumą skleisdamas infraraudonuosius spindulius. Kai odos temperatūra yra aukštesnė už aplinkos temperatūrą, kūno šiluma išsklaido spinduliuote. Radiacinės šilumos išsklaidymas yra susijęs su tokiais veiksniais kaip odos temperatūra, aplinkos temperatūra ir efektyvi kūno spinduliuotės sritis. Apskritai spinduliuotės šilumos išsklaidymas sudaro 40 procentų viso šilumos išsklaidymo. Žinoma, jei aplinkos temperatūra yra aukštesnė už odos temperatūrą, kūnas sugers spinduliuojamą šilumą. Plieno darbininkai dirba prie krosnių, kaip ir ūkininkai, karštą vasarą dirbantys laukuose po saule.

2. Laidumas ir konvekcija Laidumas – tai būdas, kuriuo kūnas išsklaido šilumą, perduodamas molekulinę kinetinę energiją. Kai žmogaus kūnas tiesiogiai liečiasi su vėsesniais už odą daiktais (pavyzdžiui, drabužiais, lovomis, kėdėmis ir kt.), šiluma iš kūno perduodama šiems daiktams. Klinikiniu požiūriu ledo dangteliai, ledo paketai ir kiti metodai aukštai karščiuojantiems pacientams atvėsinti remiasi šiuo principu.

C, šilumos mainai tarp radiatoriaus ir aplinkos

Perdavus šilumą į radiatoriaus viršų, būtina kuo greičiau išsklaidyti perduodamą šilumą į supančią aplinką. Oru aušinamas radiatorius turi keistis šiluma su aplinkiniu oru. Šiuo metu šiluma perduodama tarp dviejų skirtingų terpių, o formulė yra Q= XAX ΔT, kur ΔT yra temperatūrų skirtumas tarp dviejų terpių, ty radiatoriaus ir aplinkinio oro temperatūrų skirtumas. ; ir yra skysčio temperatūros skirtumas. Šilumos laidumas, nustačius šilumos šalinimo medžiagą ir oro sudėtį, yra fiksuota vertė; svarbiausias A yra šilumos kriauklės ir oro sąlyčio plotas. Darant prielaidą, kad kitos sąlygos išlieka nepakitusios, pavyzdžiui, šilumos kriauklės tūris, paprastai bus. Tačiau pakeitus radiatoriaus formą, padidinus sąlyčio su oru plotą ir padidinus šilumos mainų plotą, tai yra veiksminga reiškia pagerinti šilumos išsklaidymo efektyvumą. , Kad tai būtų pasiekta, paviršiaus plotas paprastai padidinamas naudojant pelekų konstrukciją, kurią papildo paviršiaus šiurkštinimas arba sriegiai.

Kai šiluma bus perduota orui, oro, besiliečiančio su šilumos kriaukle, temperatūra greitai pakils. Šiuo metu karštas oras turėtų kuo labiau pašalinti šilumą su aplinkiniu šaltu oru per šilumos mainus, pvz., konvekciją. Oru aušinamiems radiatoriams svarbiausia yra padidinti oro srauto greitį ir naudoti ventiliatorių priverstinei konvekcijai pasiekti. Tai daugiausia susiję su ventiliatoriaus konstrukcija ir vėjo greičiu. Radiatoriaus ventiliatoriaus efektyvumas (pvz., srautas, vėjo slėgis) daugiausia priklauso nuo ventiliatoriaus mentės skersmens, ašinio ilgio, ventiliatoriaus greičio ir ventiliatoriaus mentės formos. Ventiliatoriaus srautas dažniausiai yra CFM (Imperial sistema, kubinės pėdos per minutę), o CFM yra apie 0,028 mm3 per minutę.

Grynas aliuminio radiatorius

Grynas aliuminio radiatorius yra labiausiai paplitęs radiatorius ankstyvosiomis dienomis. Jo gamybos procesas yra paprastas, o kaina yra maža. Kol kas nemažą rinkos dalį vis dar užima gryno aliuminio radiatoriai. Siekiant padidinti jo pelekų šilumos išsklaidymo plotą, dažniausiai naudojamas gryno aliuminio radiatorių apdorojimo būdas yra aliuminio ekstruzijos technologija, o pagrindiniai gryno aliuminio radiatorių vertinimo rodikliai yra radiatoriaus pagrindo storis ir Pin-Fin santykis. . Smeigtukas nurodo šilumos kriauklės pelekų aukštį, o Finas – atstumą tarp dviejų gretimų pelekų. Pin-Fin santykis yra kaiščio aukštis (neįskaitant pagrindo storio), padalytas iš peleko. Kuo didesnis Pin-Fin santykis, tuo didesnis efektyvus radiatoriaus šilumos išsklaidymo plotas ir pažangesnė aliuminio ekstruzijos technologija.

Gryno vario radiatorius

Vario šilumos laidumas yra 1,69 karto didesnis nei aliuminio, todėl esant kitoms sąlygoms, gryno vario aušintuvai gali greičiau pašalinti šilumą iš šilumos šaltinio. Tačiau vario tekstūra yra problema. Daugelis reklamuojamų „gryno vario radiatorių“ iš tikrųjų nėra 100 procentų vario. Vario sąraše tie, kurių vario kiekis yra didesnis nei 99 procentai, vadinami berūgščiu variu, o kita vario rūšis yra Dan varis, kurio vario kiekis yra mažesnis nei 85 procentai. Šiuo metu daugumoje rinkoje esančių gryno vario aušintuvų yra vario. Kai kuriuose prastesnio gryno vario radiatoriuose vario kiekis nesiekia net 85 proc. Nors kaina yra labai maža, jos šilumos laidumas labai sumažėja, o tai turi įtakos šilumos išsklaidymui. Be to, varis taip pat turi akivaizdžių trūkumų, tokių kaip didelė kaina, sudėtingas apdorojimas ir per didelė šilumos kriauklės masė, o tai trukdo naudoti tik varinius aušintuvus. Raudonojo vario kietumas nėra toks geras kaip aliuminio lydinio AL6063, o kai kurių mechaninio apdorojimo (pvz., griovelių) našumas nėra toks geras kaip aliuminio; vario lydymosi temperatūra yra daug aukštesnė nei aliuminio, kuri nėra palanki ekstruzijos formavimui (ExtrusiON) ir pan.

Nors dažniausiai naudojamos šilumos šalinimo medžiagos yra vario ir aliuminio lydiniai, aliuminio lydiniai yra lengvai apdorojami ir pigūs, todėl yra plačiausiai naudojamos medžiagos. Dėl didesnio vario šilumos laidumo jo momentinis šilumos sugerties gebėjimas yra geresnis nei aliuminio lydinių. Greitis yra lėtesnis nei aliuminio lydinio. Todėl, nepaisant gryno vario, gryno aliuminio ar aliuminio lydinio radiatorių, yra lemtingas trūkumas: kadangi naudojama tik viena medžiaga, nors pagrindinis šilumos išsklaidymo pajėgumas gali patenkinti nedidelio šilumos išsklaidymo poreikius, ji negali gerai subalansuoti šilumos laidumo. . Du galios ir šilumos talpos reikalavimai yra šiek tiek perpildyti tais atvejais, kai keliami dideli šilumos išsklaidymo reikalavimai.

Vario-aliuminio sujungimo technologija

Įvertinus atitinkamus vario ir aliuminio trūkumus, kai kurie aukščiausios klasės radiatoriai rinkoje dažnai naudoja vario ir aliuminio derinio gamybos procesus. Šiose aušintuvuose dažniausiai naudojami variniai metaliniai pagrindai, o radiatorių briaunelės yra pagamintos iš aliuminio lydinio. Žinoma, Be vario pagrindo, taip pat yra tokių metodų kaip varinių stulpų naudojimas šilumos kriauklei, kuris taip pat yra tas pats principas. Dėl didelio šilumos laidumo varinis apatinis paviršius gali greitai sugerti procesoriaus išskiriamą šilumą; Aliuminio pelekai sudėtingais procesais gali būti suformuoti į palankiausią šilumos išsklaidymo formą ir užtikrinti didelę šilumos kaupimo erdvę bei greitai ją išleisti. Visuose aspektuose rasta pusiausvyra.

Šiluma iš procesoriaus šerdies išsklaidoma į šilumos kriauklės paviršių, o tai yra šilumos laidumo procesas. Šilumos kriauklės pagrindui, kadangi jis tiesiogiai liečiasi su nedideliu didelio šilumos šaltinio plotu, būtina, kad pagrindas galėtų greitai pašalinti šilumą. Didesnio šilumos laidumo medžiagų naudojimas šilumos kriauklei labai padeda pagerinti šilumos laidumą. Iš šilumos laidumo sistemos palyginimo lentelės matyti, kad, pavyzdžiui, aliuminio šilumos laidumas yra 237W/mK, o vario – 401W/mK. Lyginant tokio paties tūrio radiatorius, vario svoris yra 3 kartus didesnis už aliuminio, o aliuminio savitoji šiluma 3 kartus. Jis yra tik 2,3 karto didesnis nei vario, todėl esant tokiam pačiam tūriui, varinis radiatorius gali išlaikyti daugiau šilumos nei aliuminio radiatorius ir įkais lėčiau. Turėdamas tokio paties storio aušintuvo pagrindą, varis gali ne tik greitai pašalinti šilumos šaltinių, tokių kaip CPU Die, temperatūrą, bet ir jo paties temperatūros kilimas yra lėtesnis nei aliuminio radiatorių. Todėl varis labiau tinka apatiniam šilumos kriauklės paviršiui gaminti.

Tačiau šių dviejų metalų derinys yra gana sunkus, o vario ir aliuminio giminingumas yra menkas. šiluminė varža). Realiai projektuodami ir gamindami gamintojai visada stengiasi kiek įmanoma sumažinti sąsajos šiluminę varžą ir išvengti silpnybių, kurios dažnai atspindi gamintojo projektavimo galimybes ir gamybos procesus.

4. Šiluminė terpė – šilumai laidus silikagelis.

a. Kas yra šiluminė varža?

Vadinamoji „terminė varža“ (šiluminė varža) reiškia išsamų parametrą, atspindintį galimybę užkirsti kelią šilumos perdavimui. Šiluminės varžos samprata labai panaši į varžos sąvoką, panašus ir vienetas – laipsnis /W, tai yra temperatūrų skirtumas tarp dviejų šilumos laidumo kelio galų, kai objekto nuolatinė šilumos perdavimo galia yra 1W .

b. Oro šiluminė varža yra didžiausia gamtoje, jos vertė artima 0.03W/mK;

c. Užpildykite tarpą tarp šildymo korpuso ir metalinio aušintuvo, kad sumažintumėte oro srautą, kad šildymo korpusas ir šilumos kriaukle būtų rodomas tiesioginis konvekcinis šilumos išsklaidymas.

d. Šilumai laidus silikono lakštas taip pat gali netiesiogiai išsklaidyti šilumą, tai yra, jis yra atviras išorėje, todėl jis vadinamas šilumos kriaukle.

Sinda Thermal yra pirmaujanti radiatorių gamintoja, mums priklauso šilumos ekspertų komanda ir daug tikslių įrenginių bei įrangos, galime pasiūlyti konkurencingiausią kainą ir puikios kokybės radiatorius. Jei turite kokių nors šilumos reikalavimų, susisiekite su mumis laisvai.