Mỗi thành phần điện và điện tử trong mạch tạo ra một lượng nhiệt trong khi mạch được thực hiện bằng cách cung cấp điện. Điển hình là các thiết bị bán dẫn công suất cao như bóng bán dẫn điện và các thiết bị điện tử quang học như điốt phát sáng , laser tạo ra nhiệt lượng đáng kể và các thành phần này không đủ khả năng tản nhiệt, do khả năng tản nhiệt của chúng thấp đáng kể.
Do đó, sự nóng lên của các bộ phận dẫn đến hỏng hóc sớm và có thể gây hỏng toàn bộ mạch hoặc hiệu suất của hệ thống. Vì vậy, để khắc phục những mặt tiêu cực này, phải cung cấp tản nhiệt cho mục đích làm mát.
Tản nhiệt là gì?
Tản nhiệt
Tản nhiệt là một thành phần điện tử hoặc một thiết bị của mạch điện tử trong đó phân tán nhiệt từ các thành phần khác (chủ yếu từ các bóng bán dẫn điện) của mạch điện vào môi trường xung quanh và làm mát chúng để cải thiện hiệu suất, độ tin cậy và cũng tránh hỏng hóc sớm của các thành phần. Với mục đích làm mát, nó kết hợp một quạt hoặc thiết bị làm mát.
Nguyên tắc tản nhiệt
Định luật Fourier về dẫn nhiệt nói rằng nếu có gradient nhiệt độ trong một vật thể, thì nhiệt sẽ truyền từ vùng có nhiệt độ cao sang vùng có nhiệt độ cho phép Và có thể đạt được điều này theo ba cách khác nhau, chẳng hạn như quy ước, bức xạ và sự dẫn truyền.
Nguyên tắc tản nhiệt
Bất cứ khi nào hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau, hiện tượng dẫn điện xảy ra làm cho các phân tử chuyển động nhanh của vật có nhiệt độ cao va chạm với các phân tử chuyển động chậm của vật lạnh hơn, và do đó, truyền nhiệt năng cho vật lạnh hơn , và điều này được gọi là độ dẫn nhiệt.
Tương tự, tản nhiệt truyền nhiệt hoặc năng lượng nhiệt từ thành phần có nhiệt độ cao sang môi trường có nhiệt độ thấp như không khí, nước, dầu, v.v. Thông thường không khí được sử dụng làm môi trường nhiệt độ thấp và nếu nước được sử dụng làm môi trường sau đó nó được gọi là tấm lạnh.
Các loại tản nhiệt
Đế tản nhiệt được phân thành nhiều loại khác nhau dựa trên các tiêu chí khác nhau. Chúng ta hãy xem xét các loại chính, cụ thể là tản nhiệt chủ động và tản nhiệt thụ động.
Các loại tản nhiệt
Tản nhiệt hoạt động
Đây thường là loại quạt sử dụng năng lượng cho mục đích làm mát, chúng cũng có thể được gọi là tản nhiệt hoặc quạt. Quạt còn được phân loại thành loại ổ bi và loại ổ trục. Quạt động cơ ổ bi được ưa thích hơn vì thời gian làm việc của chúng dài hơn và chúng rẻ hơn khi sử dụng trong thời gian dài. cũng hơi đắt.
Tản nhiệt thụ động
Chúng không có bất kỳ thành phần cơ khí nào và được làm bằng nhôm tản nhiệt. Chúng tiêu tán nhiệt năng hoặc nhiệt bằng cách sử dụng quá trình đối lưu. Chúng đáng tin cậy nhất so với tản nhiệt chủ động và để hoạt động hiệu quả của tản nhiệt thụ động, nên duy trì luồng không khí liên tục qua các cánh tản nhiệt của chúng.
Tản nhiệt nhôm
Tản nhiệt nói chung được làm bằng kim loại và nhôm là kim loại phổ biến nhất được sử dụng trong tản nhiệt.Chúng ta biết rằng độ dẫn nhiệt của mỗi kim loại là khác nhau. Độ dẫn nhiệt của kim loại tỷ lệ thuận với sự truyền nhiệt trong tản nhiệt . Do đó, nếu độ dẫn nhiệt của kim loại tăng lên thì
khả năng truyền nhiệt của tản nhiệt cũng sẽ tăng lên.
Tản nhiệt nhôm
Hệ số dẫn nhiệt của nhôm là 235 W / mK, đây là kim loại nhẹ và rẻ nhất. Tản nhiệt nhôm còn được gọi là tản nhiệt đùn vì chúng có thể được tạo ra bằng cách sử dụng phương pháp ép đùn.
Tản nhiệt có tem
Chúng được làm bằng kim loại được dập để tạo thành một hình dạng cụ thể. Con tem này tạo ra các tấm tản nhiệt bất cứ khi nào kim loại được di chuyển qua máy dập. Chúng rẻ hơn so với tản nhiệt đùn.
Chúng được sử dụng cho các ứng dụng năng lượng thấp và do đó chúng có hiệu suất thấp.
Gia công tản nhiệt
Chúng được sản xuất bằng quy trình gia công thường cưa băng được sử dụng để loại bỏ một khối vật liệu để tạo ra các cánh tản nhiệt với khoảng cách chính xác. Chúng đắt tiền vì nhiều kim loại có thể bị hao hụt trong quá trình sản xuất.
Tản nhiệt dạng vây
Chúng thường được sử dụng cho các ứng dụng vật lý lớn đòi hỏi hiệu suất hợp lý như hàn điện và Ứng dụng gạch DC-DC . Chúng được thực hiện bằng cách liên kết các cánh tản nhiệt riêng lẻ của kim loại với đế tản nhiệt. Điều này có thể được thực hiện bằng hai phương pháp cụ thể là epoxy nhiệt là kinh tế và phương pháp khác là hàn bằng cách đắt tiền.
Tản nhiệt dạng gấp khúc
Các tản nhiệt dạng vây gấp này có diện tích bề mặt lớn và sở hữu vật liệu tản nhiệt gấp lại, do đó, chúng có hiệu suất rất cao và mật độ thông lượng nhiệt rất cao. Trong các bồn rửa này, không khí được dẫn trực tiếp vào các tản nhiệt thông qua một số loại ống dẫn. Điều này làm cho toàn bộ chi phí đắt đỏ vì chi phí sản xuất và ống dẫn được bao gồm trong chi phí chung của bồn rửa.
Tản nhiệt trượt
Quá trình trượt tuyết được sử dụng để sản xuất các bồn rửa này, bao gồm việc tạo ra các khối kim loại rất tốt nói chung là đồng. Do đó, chúng được gọi là tản nhiệt bị trượt. Đây là những tản nhiệt có hiệu suất từ trung bình đến cao.
Tản nhiệt rèn
Các kim loại như đồng và nhôm được sử dụng để tạo thành tản nhiệt bằng cách sử dụng lực nén. Quá trình này được gọi là quá trình rèn. Do đó, chúng được đặt tên là tản nhiệt rèn.
Tản nhiệt lắp ráp một vây
Đây là những trọng lượng nhẹ và có thể được lắp đặt trong không gian chật hẹp. Chúng cũng có khả năng hoạt động từ thấp đến cao và có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng. Nhưng nhược điểm lớn là chúng hơi đắt tiền.
Tản nhiệt dạng xoay
Swaging là một quá trình rèn gia công nguội nhưng đôi khi có thể được thực hiện ngay cả khi quá trình gia công nóng, trong đó kích thước của một vật được thay đổi thành khuôn. Đây là những thiết bị rẻ tiền, hiệu suất trung bình và hạn chế trong việc quản lý luồng không khí.
Tầm quan trọng của tản nhiệt trong mạch điện tử
- Tản nhiệt là một bộ trao đổi nhiệt thụ động và nó được thiết kế để có diện tích bề mặt lớn tiếp xúc với môi trường xung quanh (làm mát) như không khí. Các thành phần hoặc bộ phận điện tử hoặc thiết bị không đủ để điều chỉnh nhiệt độ của chúng, cần có tản nhiệt để làm mát. Nhiệt tạo ra bởi mọi phần tử hoặc thành phần của mạch điện tử phải được tiêu tán để cải thiện độ tin cậy của nó và ngăn ngừa sự hư hỏng sớm của thành phần.
- Nó duy trì sự ổn định nhiệt trong giới hạn cho mọi điện và thành phần điện tử của bất kỳ mạch nào hoặc các bộ phận điện tử của bất kỳ hệ thống nào. Hiệu suất của tản nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố như lựa chọn vật liệu, thiết kế lồi lõm, xử lý bề mặt và vận tốc không khí.
- Các bộ xử lý trung tâm và bộ xử lý đồ họa của máy tính cũng được làm mát bằng cách sử dụng các tản nhiệt. Tản nhiệt còn được gọi là bộ tản nhiệt, thường được sử dụng làm vỏ bọc trên bộ nhớ của máy tính để tản nhiệt.
- Nếu không cung cấp tản nhiệt cho các mạch điện tử thì sẽ có nguy cơ hỏng hóc các linh kiện như transistor, ổn áp, IC, đèn LED và transistor nguồn. Ngay cả khi hàn mạch điện tử , nên sử dụng tản nhiệt để tránh quá nhiệt của các phần tử.
- Tản nhiệt không chỉ giúp tản nhiệt mà còn được sử dụng để quản lý nhiệt năng bằng cách tản nhiệt khi nhiệt nhiều hơn. Trong trường hợp nhiệt độ thấp, tản nhiệt nhằm cung cấp nhiệt bằng cách giải phóng nhiệt năng để mạch hoạt động tốt.
Lựa chọn tản nhiệt
Để lựa chọn tản nhiệt, chúng ta cần xem xét các tính toán toán học sau:
Xem xét
Q: Tốc độ tản nhiệt tính bằng Watt
T_j: Nhiệt độ mối nối tối đa của thiết bị tính bằng 0C
T_c: Nhiệt độ vỏ của thiết bị tính bằng 0C
T_a: Nhiệt độ không khí xung quanh ở 0C
T_s: Nhiệt độ tối đa của tản nhiệt được đặt ở vị trí gần nhất với thiết bị ở 0C
Khả năng chịu nhiệt có thể được cung cấp bởi
R = ∆T / Q
Điện trở được cho bởi
R_e = ∆V / I
Nhiệt trở giữa đường giao nhau và vỏ của thiết bị được cho bởi
R_jc = (∆T_jc) / Q
Trường hợp chống chìm được đưa ra bởi
R_cs = (∆T_cs) / Q
Chìm để kháng xung quanh được cung cấp bởi
R_sa = (∆T_sa) / Q
Do đó, đường giao nhau với sức đề kháng xung quanh được đưa ra bởi
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Bây giờ, khả năng chịu nhiệt cần thiết của tản nhiệt là
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
Trong phương trình trên, các giá trị của T_j, Q và R_jc được cố định bởi nhà sản xuất và các giá trị của T_a và R_cs là do người dùng xác định.
Do đó, điện trở nhiệt của bộ tản nhiệt cho ứng dụng phải nhỏ hơn hoặc bằng R_sa đã tính ở trên.
Trong khi lựa chọn tản nhiệt, các thông số khác nhau sẽ được xem xét như ngân sách nhiệt cho phép đối với tản nhiệt, điều kiện dòng khí (dòng chảy tự nhiên, dòng chảy hỗn hợp thấp, dòng đối lưu cưỡng bức dòng cao).
Thể tích của tản nhiệt có thể được xác định bằng cách lấy nhiệt trở thể tích chia cho nhiệt trở cần thiết. Phạm vi của nhiệt trở thể tích như sau trong bảng dưới đây.
Biểu đồ dưới đây cho thấy sự thay đổi kích thước của tản nhiệt nhôm và điện trở nhiệt như một ví dụ về việc chọn tản nhiệt dựa trên điện trở nhiệt.
Diện tích so với sức cản nhiệt của tản nhiệt
Bài viết này nói sơ qua về tản nhiệt, các loại tản nhiệt và tầm quan trọng của tản nhiệt trong mạch điện tử. Để biết thêmthông tin liên quan đến tản nhiệt, vui lòng đăng câu hỏi của bạn bằngbình luận bên dưới.
Tín ảnh:
- Tản nhiệt bằng ecnmag
- Nguyên tắc tản nhiệt bằng streacom
- Các loại tản nhiệt của làm mát điện tử
- Nhôm tản nhiệt bằng hóa chất đặc biệt4 polyme
- Diện tích so với sức cản nhiệt của tản nhiệt bằng designworldonline
