Kaltaisesi lukijat auttavat tukemaan MUO: ta. Kun teet ostoksen käyttämällä sivustollamme olevia linkkejä, voimme ansaita kumppanipalkkion.
Ylikuumeneminen on ongelmallista laitteillesi; siksi lämmönpoisto on elintärkeää elektronisten laitteiden tai vastaavien lämmönlähteiden lämpötilan säätelemiseksi.
Jäähdytysnieluja käytetään elektronisissa laitteissa lämpöenergian imemiseen ympäristöön ja laitteiden jäähdyttämiseen. Mutta mikä jäähdytyselementti oikein on ja miten se toimii?
Kuinka lämpöä tuotetaan elektronisissa laitteissa ja järjestelmissä
Nykyaikana meitä ympäröivät elektroniset järjestelmät ja laitteet. Mikroprosessorisirusta matkaviestinjärjestelmien tukiasemaan (BTS) elektroniikkatuotteet tarvitsevat sähkövirtaa toimiakseen.
Vaikka osa tästä tehosta käytetään laitteen käyttöön, loppuosa siitä haihtuu (riippuen laitteen tehokkuudesta), enimmäkseen lämmön muodossa.
Laitteiden pienentämisen vuoksi elektroniset laitteet eivät kuitenkaan pysty keräämään lämpöä ja niiden on upotettava tämä lämpöenergia ympäristöön. Tähän tarkoitukseen käytetään usein jäähdytyslevyjä.
Mikä on jäähdytyselementti?
Jäähdytyselementti on kuumaan elektroniseen laitteeseen kiinnitetty osa, joka absorboi sen lämpöä johtumisen kautta ja sitten heittää tämän energian ympäröivään ympäristöön konvektion ja säteilyn kautta. Jäähdytyslevyn yleinen rakenne on seuraava:
Elektroniset laitteet on suunniteltu siten, että rajapinta ja lämpöä johtavat materiaalit ovat minimaaliset käytetään yhdistämään lämpöä tuottava lähde ja jäähdytyselementti, jotta lämpö ei pääse kerääntymään sen sisään laite. Jäähdytyslevyt on suunniteltu tarjoamaan alhainen lämpöresistanssi polku laitteisiin lämmönpoistoon.
Jäähdytyselementtimekanismi
Jäähdytyslevyt on valmistettu lämpöä johtavista materiaaleista, yleisimmin alumiinista (lämmönjohtavuus: 237 W/m K). Alumiini on halpa metalli verrattuna muihin lämpöä johtaviin materiaaleihin, kuten hopeaan ja kultaan.
Suhteellisen pienestä elektroniikkakotelosta tuleva lämpö absorboituu litteään metallilevyyn johtumisen kautta. Johtamista helpotetaan usein soveltamalla a lämpötahna elektroniikkalaitteen ulkokuoren ja jäähdytyselementin väliin. Tämä varmistaa oikean fyysisen kontaktin korkean lämpöä johtavan tahnan kanssa.
Suhteellisen pienemmästä elektroniikkakotelosta tulevan lämmön on tarkoitus levitä suuremmalle jäähdytyselementin pinnalle johtumisen kautta.
Lämpöenergia kärsii kuitenkin leviävästä lämmönkestävyydestä, kun pienempi lämmönlähteen pinta-ala joutuu fyysiseen kosketukseen jäähdytyselementin suuremman pinta-alan kanssa. Siksi on tärkeää hallita leviämisvastusta valitsemalla sopiva jäähdytyslevyn pohjalevyn kosketuspaksuus.
Jäähdytyselementti, jolla on minimaalinen leviämisvastus, varmistaa, että lämpö jakautuu lähes tasaisesti pohjalevyyn ja ripoihin. Siten jäähdytyselementin pinta-ala hyödynnetään tehokkaasti. Levitysvastuksen laskeminen ei kuitenkaan kuulu tämän artikkelin soveltamisalaan.
Jäähdytyslevyn pohjalevyn toisella puolella on monia metalliripoja, jotka lisäävät pinta-alaa lämmön lämpökonvektiolle. Ripoja ei sijoiteta liian lähelle toisiaan, koska tämä voi haitata nesteen eli ilman kykyä useimmissa tapauksissa virrata vapaasti evien välissä lämmön haihduttamiseksi.
Luonnollinen vs. Pakkojäähdytys
Tasaisesti levitetty lämpö jäähdytyselementin pohjalle hyödyntää koko evien tarjoamaa pinta-alaa lämmön heittämiseen ympäröivään ilmaan joko luonnollisella konvektiolla tai pakotetulla ilmankierrolla.
Luonnollinen konvektio on prosessi, jossa ympäröivä ilma kuljettaa lämpöenergiaa pois jäähdytyselementin ripoista käyttämällä nesteen luonnollista virtausta, eli ilman painetta ulkoisen lähteen kautta. Tässä prosessissa nestemolekyylien virtaus tai nopeus on hidasta.
Lämmönvaihdon pakkokonvektiomenetelmässä käytetään puhallinta tai tuuletinta lisäämään nesteen virtausnopeutta jäähdytyslevyn evien pinnan läpi. Joko a DC- tai PWM-tuuletin voidaan käyttää.
Lisääntynyt ilmavirta johtaa enemmän lämmön siirtymiseen pois jäähdytyselementistä. Yleensä pakotettua konvektiota käytetään tapauksissa, joissa tarvitaan paljon lämpötehoa poistettavana tai suunnittelussa on pakollinen pienempi jäähdytyselementti.
Konvektion ohella jäähdytyselementin lämpösäteily on myös varsin hyödyllistä lämmön poistamisessa jäähdytyselementistä. Yleensä jäähdytyselementit värjätään mustiksi, mikä lisää niiden lämpösäteilykykyä.
Jäähdytyselementit pitävät laitteesi viileinä ja käynnissä
Jäähdytyselementti on elektronisen laitteen luotettavan toiminnan välttämätön laite. Ilman niitä edistyneet älypuhelimemme, tehokkaat tietokoneemme ja jopa LED-valot eivät toimi suunnitellusti ylikuumenemisen vuoksi.
