Zasada konstrukcji termicznej zasilacza impulsowego dużej mocy

1. Dlaczego produkty elektroniczne wymagają rozwiązania termicznego

Chipy produktów elektronicznych są wysoce zintegrowane, z coraz większymi wymaganiami funkcjonalnymi i coraz mniejszymi wymaganiami dotyczącymi objętości. Dzisiejsze komponenty szybko rozwijają się w kierunku miniaturyzacji, wysokiej funkcjonalności i wysokiej wydajności. Komponenty o wysokiej wydajności generują dużo ciepła przy dużych prędkościach, a ciepło to musi być natychmiast usuwane, aby zapewnić, że komponenty mogą działać w normalnych temperaturach roboczych. Działaj z najwyższą wydajnością. Dlatego związana z nią technologia przewodzenia ciepła jest stale kwestionowana wraz z rozwojem przemysłu elektronicznego.

2. Rodzaje materiałów radiatora:

Złoto, srebro, żelazo, miedź, aluminium, stop aluminium, blacha silikonowa itp.

3. Zasada rozpraszania ciepła

Forma rozpraszania ciepła grzejnika A obejmuje głównie promieniowanie i konwekcję.

Transfer ciepła przez promieniowanie: energia cieplna jest przenoszona w postaci promieniowania, bez żadnego medium, może być przenoszona w stanie próżni, na przykład energia cieplna słońca jest przenoszona na ziemię przez wszechświat.

Konwekcyjny transfer ciepła: Energia cieplna jest przekazywana przez powietrze lub inne media, takie jak grzejniki konwekcyjne w celu ogrzania powietrza. Powietrze ogrzewa wszystko w pomieszczeniu, a ruch powietrza opiera się głównie na ruchu powietrza w celu rozprowadzenia energii cieplnej.

Promienniki w tradycyjnym sensie odnoszą się do grzejników, które odpowiadają za względny udział w całkowitym rozpraszaniu ciepła. Obecnie najbardziej typowymi grzejnikami promiennikowymi są grzejniki żeliwne, stalowe kolumnowe oraz kompozytowe miedziano-aluminiowe. I tak dalej, wśród nich energia cieplna przenoszona przez promieniowanie stanowi tylko 30 procent, a pozostałe 70 procent energii cieplnej jest przekazywane przez konwekcję. Grzejnik konwekcyjny to grzejnik zasadniczo bez wymiany ciepła przez promieniowanie (lub bardzo mały), taki jak grzejnik konwekcyjny ze smażoną rurą miedzianą. Nagrzewa się wygodniej i szybciej niż grzejnik promiennikowy.

B. Metody rozpraszania ciepła obejmują rozpraszanie ciepła przez promieniowanie, rozpraszanie ciepła przez przewodzenie, rozpraszanie ciepła przez konwekcję i rozpraszanie ciepła przez parowanie.

Ciepło wytwarzane przez różne tkanki i narządy ciała jest równomiernie rozprowadzane do wszystkich części ciała wraz z krążeniem krwi. Kiedy krew przepływa przez naczynia krwionośne skóry, 90 procent całkowitego ciepła jest rozpraszane przez skórę, więc skóra jest główną częścią ciała, która rozprasza ciepło. Istnieje również niewielka część ciepła, które jest odprowadzane z organizmu przez płuca, nerki i przewód pokarmowy wraz z oddychaniem, moczem i kałem.

(1) Sposób oddawania ciepła - głównie fizyczny

1. Promieniowanie Promieniowanie oznacza, że ​​ciało rozprasza ciepło emitując promienie podczerwone. Kiedy temperatura skóry jest wyższa niż temperatura otoczenia, ciepło ciała jest rozpraszane przez promieniowanie. Rozpraszanie ciepła przez promieniowanie jest związane z takimi czynnikami, jak temperatura skóry, temperatura otoczenia i efektywna powierzchnia promieniowania ciała. Ogólnie rzecz biorąc, rozpraszanie ciepła przez promieniowanie stanowi 40 procent całkowitego rozpraszania ciepła. Oczywiście, jeśli temperatura otoczenia jest wyższa niż temperatura skóry, ciało będzie pochłaniać promieniowanie cieplne. Hutnicy pracują przed piecami, podobnie jak rolnicy pracujący na polach pod słońcem w upalne lato.

2. Przewodnictwo i konwekcja Przewodzenie to sposób, w jaki ciało rozprasza ciepło poprzez przenoszenie molekularnej energii kinetycznej. Gdy ciało ludzkie styka się bezpośrednio z przedmiotami, które są chłodniejsze od skóry (takimi jak ubrania, łóżka, krzesła itp.), ciepło jest przekazywane z ciała do tych przedmiotów. Klinicznie, stosowanie czap lodowych, okładów z lodu i innych metod schładzania pacjentów z wysoką gorączką wykorzystuje tę zasadę.

C, wymiana ciepła między grzejnikiem a otoczeniem

Po przekazaniu ciepła do górnej części grzejnika konieczne jest jak najszybsze odprowadzenie przekazywanego ciepła do otaczającego środowiska. W przypadku chłodnicy chłodzonej powietrzem ma ona na celu wymianę ciepła z otaczającym powietrzem. W tym czasie ciepło jest przekazywane między dwoma różnymi mediami, a wzór to Q= XAX ΔT, gdzie ΔT to różnica temperatur między dwoma mediami, to znaczy różnica temperatur między grzejnikiem a otaczającym powietrzem ; i jest różnicą temperatur płynu. Przewodność cieplna, po określeniu materiału radiatora i składu powietrza, jest wartością stałą; najważniejszym A jest powierzchnia styku radiatora z powietrzem. Przy założeniu, że inne warunki pozostają niezmienione, takie jak objętość radiatora, na ogół będzie jednak zmiana kształtu grzejnika, zwiększenie powierzchni kontaktu z powietrzem i zwiększenie powierzchni wymiany ciepła, jest to efektywne oznacza poprawę wydajności rozpraszania ciepła. , Aby to osiągnąć, powierzchnia jest ogólnie zwiększana za pomocą konstrukcji płetwy uzupełnionej chropowatością powierzchni lub gwintami.

Po przekazaniu ciepła do powietrza temperatura powietrza stykającego się z radiatorem gwałtownie wzrośnie. W tym czasie gorące powietrze powinno w jak największym stopniu odbierać ciepło z otaczającego zimnego powietrza poprzez wymianę ciepła, taką jak konwekcja. W przypadku chłodnic chłodzonych powietrzem najważniejszym sposobem jest zwiększenie prędkości przepływu powietrza i zastosowanie wentylatora w celu uzyskania wymuszonej konwekcji. Jest to związane głównie z konstrukcją wentylatora i prędkością wiatru. Wydajność wentylatora chłodnicy (taka jak przepływ, ciśnienie wiatru) zależy głównie od średnicy łopatek wentylatora, długości osiowej, prędkości obrotowej wentylatora oraz kształtu łopatek wentylatora. Przepływ wentylatora jest głównie w CFM (system imperialny, stopy sześcienne na minutę), a CFM wynosi około 0,028 mm3/minutę.

Grzejnik z czystego aluminium

Grzejnik z czystego aluminium jest najpopularniejszym grzejnikiem na początku. Jego proces produkcyjny jest prosty, a koszt niski. Jak dotąd grzejniki z czystego aluminium nadal zajmują znaczną część rynku. Aby zwiększyć obszar rozpraszania ciepła przez żebra, najczęściej stosowaną metodą przetwarzania grzejników z czystego aluminium jest technologia wytłaczania aluminium, a głównymi wskaźnikami oceny grzejnika z czystego aluminium są grubość podstawy grzejnika i stosunek Pin-Fin . Kołek odnosi się do wysokości żeber radiatora, a Fin odnosi się do odległości między dwoma sąsiednimi żebrami. Stosunek Pin-Fin to wysokość Pin (z wyłączeniem grubości podstawy) podzielona przez Fin. Im większy stosunek Pin-Fin, tym większy efektywny obszar rozpraszania ciepła grzejnika i bardziej zaawansowana technologia wytłaczania aluminium.

Grzejnik z czystej miedzi

Przewodność cieplna miedzi jest 1,69 razy większa niż aluminium, więc przy założeniu, że inne warunki są takie same, radiatory z czystej miedzi mogą szybciej odbierać ciepło ze źródła ciepła. Problemem jest jednak tekstura miedzi. Wiele reklamowanych „radiatorów z czystej miedzi” nie jest tak naprawdę wykonanych w 100 procentach z miedzi. Na liście miedzi te o zawartości miedzi powyżej 99 procent nazywane są miedzią bezkwasową, a kolejnym gatunkiem miedzi jest miedź Dan o zawartości miedzi mniejszej niż 85 procent. Większość dostępnych na rynku radiatorów z czystej miedzi ma obecnie zawartość miedzi pomiędzy nimi. Zawartość miedzi w niektórych gorszych grzejnikach z czystej miedzi nie wynosi nawet 85%. Chociaż koszt jest bardzo niski, jego przewodność cieplna jest znacznie zmniejszona, co wpływa na rozpraszanie ciepła. Ponadto miedź ma również oczywiste wady, takie jak wysoki koszt, trudna obróbka i zbyt duża masa radiatora, które utrudniają zastosowanie całkowicie miedzianych radiatorów. Twardość czerwonej miedzi nie jest tak dobra jak stopu aluminium AL6063, a wydajność niektórych procesów obróbki mechanicznej (takich jak rowkowanie) nie jest tak dobra jak aluminium; temperatura topnienia miedzi jest znacznie wyższa niż aluminium, co nie sprzyja formowaniu przez wytłaczanie (wytłaczanie) i tak dalej.

Chociaż najczęściej stosowanymi materiałami na radiatory są stopy miedzi i aluminium, stopy aluminium są łatwe w obróbce i tanie oraz są najczęściej stosowanymi materiałami. Wyższa przewodność cieplna miedzi sprawia, że ​​jej chwilowa zdolność pochłaniania ciepła jest lepsza niż stopów aluminium. Prędkość jest mniejsza niż w przypadku stopu aluminium. Dlatego bez względu na grzejnik z czystej miedzi, czystego aluminium lub stopu aluminium występuje fatalna wada: ponieważ używany jest tylko jeden materiał, chociaż podstawowa zdolność rozpraszania ciepła może zaspokoić potrzeby łagodnego rozpraszania ciepła, nie może dobrze zrównoważyć przewodnictwa ciepła . Dwa wymagania dotyczące pojemności i pojemności cieplnej są nieco przytłoczone w przypadkach, gdy wymagania dotyczące rozpraszania ciepła są wysokie.

Technologia łączenia miedzi z aluminium

Po rozważeniu odpowiednich wad miedzi i aluminium, niektóre wysokiej klasy grzejniki na rynku często wykorzystują procesy produkcji kombinacji miedzi i aluminium. Te radiatory zwykle wykorzystują miedziane metalowe podstawy, podczas gdy żeberka radiatora są wykonane ze stopu aluminium. Oczywiście oprócz miedzianej podstawy istnieją również metody, takie jak użycie miedzianych filarów do radiatora, co jest również tą samą zasadą. Dzięki wysokiej przewodności cieplnej miedziana dolna powierzchnia może szybko wchłonąć ciepło wydzielane przez procesor; aluminiowe lamele mogą być ukształtowane w najkorzystniejszy kształt do rozpraszania ciepła za pomocą złożonych procesów i zapewniają dużą przestrzeń magazynowania ciepła i szybkie jego uwalnianie. We wszystkich aspektach znaleziono równowagę.

Ciepło jest odprowadzane z rdzenia procesora na powierzchnię radiatora, co jest procesem przewodzenia ciepła. W przypadku podstawy radiatora, ponieważ styka się ona bezpośrednio z niewielkim obszarem źródła wysokiej temperatury, wymagane jest, aby podstawa mogła szybko odprowadzać ciepło. Zastosowanie materiałów o wyższej przewodności cieplnej do radiatora jest bardzo pomocne w poprawie przewodności cieplnej. Z tabeli porównawczej układu przewodzenia ciepła wynika, że ​​np. przewodność cieplna aluminium wynosi 237 W/mK, a przewodność cieplna miedzi 401 W/mK. Porównując grzejniki o tej samej objętości, waga miedzi jest 3 razy większa niż aluminium, podczas gdy ciepło właściwe aluminium jest 3 razy większe. To tylko 2,3 razy więcej niż miedź, więc przy tej samej objętości grzejnik miedziany może pomieścić więcej ciepła niż grzejnik aluminiowy i nagrzewać się wolniej. Przy tej samej grubości podstawy radiatora miedź może nie tylko szybko usuwać temperaturę źródeł ciepła, takich jak matryca procesora, ale także jej własny wzrost temperatury jest wolniejszy niż w przypadku aluminiowych radiatorów. Dlatego miedź jest bardziej odpowiednia do wykonania dolnej powierzchni radiatora.

Jednak połączenie tych dwóch metali jest stosunkowo trudne, a powinowactwo między miedzią a aluminium jest słabe. odporność termiczna). Podczas rzeczywistego projektowania i produkcji producenci zawsze starają się maksymalnie zmniejszyć opór cieplny interfejsu i unikać słabych punktów, co często odzwierciedla możliwości projektowe producenta i procesy produkcyjne.

4. Medium termiczne - żel krzemionkowy przewodzący ciepło.

A. Co to jest opór cieplny?

Tak zwany „odporność termiczna” (odporność termiczna) odnosi się do kompleksowego parametru odzwierciedlającego zdolność do zapobiegania przenoszeniu ciepła. Pojęcie oporu cieplnego jest bardzo podobne do pojęcia oporu, podobnie jest z jednostką – stopień /W, czyli różnica temperatur między dwoma końcami ścieżki przewodzenia ciepła, gdy ciągła moc przenoszenia ciepła przez obiekt wynosi 1 W .

B. Opór cieplny powietrza jest największy w przyrodzie, a jego wartość jest bliska 0,03 W/mK;

C. Wypełnij szczelinę między korpusem grzewczym a metalowym radiatorem, aby zredukować powietrze, tak aby korpus grzewczy i radiator wykazywały bezpośrednie rozpraszanie ciepła przez konwekcję.

D. Arkusz silikonowy przewodzący ciepło może również rozpraszać ciepło pośrednio, to znaczy jest wystawiony na zewnątrz, dlatego nazywa się go radiatorem.

Sinda Thermal jest wiodącym producentem radiatorów, posiadamy zespół ekspertów termicznych oraz wiele precyzyjnych urządzeń i urządzeń, możemy zaoferować najbardziej konkurencyjną ofertę i świetnej jakości radiatory. Skontaktuj się z nami swobodnie, jeśli masz jakiekolwiek wymagania termiczne.