Свака електрична и електронска компонента у колу генерише одређену количину топлоте док се коло извршава обезбеђивањем напајања. Типично полупроводнички уређаји велике снаге попут транзистори снаге и опто електроника као што је светлеће диоде , ласери генеришу топлоту у значајним количинама и ове компоненте нису довољне за расипање топлоте, јер је њихова способност расипања знатно ниска.
Због тога загревање компонената доводи до превременог отказа и може проузроковати квар целог кола или перформанси система. Дакле, да би се победили ови негативни аспекти, хладњаци морају бити обезбеђени у сврху хлађења.
Шта је хладњак?
Топлотни издув
Хладњак је електронска компонента или уређај уређаја електрично коло који распршује топлоту из других компонената (углавном из транзистора снаге) кола у околни медијум и хлади их ради побољшања њихових перформанси, поузданости и такође избегава преурањени квар компонената. У сврху хлађења садржи вентилатор или расхладни уређај.
Принцип хладњака
Фуријеов закон о спровођењу топлоте каже да ако је у телу присутан температурни градијент, топлота ће се пренијети из подручја високе температуре у подручје дозвољене температуре. А то се може постићи на три различита начина, као што су конвенција, зрачење и проводљивост.
Принцип хладњака
Кад год два предмета са различитом температуром дођу у контакт једни с другима, долази до проводљивости због чега се молекули који се брзо крећу сударају са споро покретним молекулима хладнијих предмета и тако преносе топлотну енергију на хладнији објекат , а ово се назива топлотном проводљивошћу.
Слично томе, хладњак преноси топлоту или топлотну енергију са високотемпературне компоненте на нискотемпературни медиј попут ваздуха, воде, уља итд. Обично се ваздух користи као нискотемпературни медијум и, ако се вода користи као медијум, онда се назива хладном плочом.
Врсте хладњака
Хладњаци су класификовани у различите категорије на основу различитих критеријума. Размотримо главне типове, наиме активни хладњаци и пасивни хладњаци.
Врсте хладњака
Активни хладњаци
То су обично вентилатори и енергију користе у сврху хлађења. Могу се назвати и хладњаком или вентилаторима. Вентилатори су даље класификовани као тип кугличних лежајева и врста лежајева. Вентилатори мотора са кугличним лежајевима су пожељнији јер је њихов радни распон дужи и јефтинији су када се ради о дуготрајном раду. Перформансе ових врста хладњака су одличне, али не и за дуготрајну примену јер се састоје од покретних делова и су такође мало скупе.
Пасивни хладњаци
Они немају никакве механичке компоненте и направљени су од радијатора са алуминијумским ребрастим ребрама. Они расипају топлотну енергију или топлоту помоћу процеса конвекције. Они су најпоузданији од активних хладњака и за ефикасан рад пасивних хладњака препоручује се одржавање континуираног протока ваздуха преко њихових ребара.
Алуминијумски хладњак
Хладњаке су углавном направљене од метала, а алуминијум је најчешћи метал који се користи у хладњаку. Свесни смо чињенице да је топлотна проводљивост сваког метала различита. Топлотна проводљивост метала је пропорционална преносу топлоте у хладњаку . Дакле, ако се топлотна проводљивост метала повећа, тада
повећаће се и капацитет преноса топлоте хладњака.
Алуминијумски хладњак
Топлотна проводљивост алуминијума је 235 В / мК, најјефтинији је и најлакши метал. Алуминијумски хладњаци се такође називају екструдираним хладњацима, јер се могу направити помоћу екструзије.
Жигосани хладњаци
Направљени су од метала који су утиснути у одређени облик. Овај печат ствара хладњаке кад год се метал премешта кроз машину за штанцање. Они су јефтинији у поређењу са екструдираним хладњацима.
Користе се за апликације мале снаге, а самим тим и ниских перформанси.
Машинска обрада хладњака
Произведени су поступком обраде, често се тестера користи за уклањање блока материјала како би се направила међуребра са прецизним размаком. Они су скупи јер много метала може пропасти у процесу производње.
Хладњаци са лепљеним лепком
Они се често користе за физички велике примене које захтевају разумне перформансе попут електричног заваривања и Примене од ДЦ-ДЦ опеке . Израђују се лепљењем појединачних металних ребара за под хладњака. То се може постићи на два начина, наиме термички епоксид који је економичан, а други је лемљењем које је скупо.
Преклопни хладњаци
Ови хладњаци са преклопљеним ребрима имају велику површину и имају преклопљени материјал хладњака, па стога имају врло високе перформансе и врло високу густину топлотног флукса. У тим умиваоницима је ваздух усмерен да тече директно у хладњаке кроз неку врсту канала. То све скупа чини скупим, јер су трошкови производње и канала укључени у укупне трошкове судопера.
Скивед хладњаци
За производњу ових судопера користи се поступак скивања, који подразумева израду врло финих блокова метала, углавном бакра. Стога се они називају прескоченим хладњацима. То су хладњаци средње и високе перформансе.
Ковани хладњаци
Метали попут бакра и алуминијума користе се за стварање хладњака помоћу притисних сила. Овај процес се назива ковањем. Отуда су они названи кованим хладњацима.
Хладњаци са једним перајем
То су мале тежине и могу се инсталирати у уским просторима. Такође поседују способност ниских до високих перформанси и могу се користити за многе примене. Али главни недостатак је тај што су мало скупи.
Свагед хладњаци
Прешање је поступак хладног радног ковања, али понекад се може извести чак и као врући поступак обраде, у коме се димензије предмета мењају у матрицу. Они су јефтини, средње перформансе и ограничени су у управљању протоком ваздуха.
Значај хладњака у електронским круговима
- Хладњак је пасивни измењивач топлоте и дизајниран је да има велику површину у контакту са околним (расхладним) медијем попут ваздуха. Компонентама или електронским деловима или уређајима који нису довољни за ублажавање температуре требају хладњаци за хлађење. Топлота коју ствара сваки елемент или компонента електронског кола мора се расипати ради побољшања његове поузданости и спречавања превременог отказа компоненте.
- Одржава топлотну стабилност у ограничењима за сваку електричну и електронска компонента било ког кола или електронски делови било ког система. Учинак хладњака зависи од фактора као што су избор материјала, дизајн избочења, површинска обрада и брзина ваздуха.
- Централне процесне јединице и графички процесори рачунара такође се хладе помоћу хладњака. Хладњаци се називају и раширивачима топлоте, који се често користе као поклопци у меморији рачунара за одвођење његове топлоте.
- Ако хладњаци нису предвиђени за електронске склопове, тада ће постојати шанса за отказ компонената као што су транзистори, регулатори напона, ИЦ-ови, ЛЕД и транзистори снаге. Чак и док лемљење електронског кола , препоручује се употреба хладњака како би се избегло прегревање елемената.
- Хладњаци не само да одводе топлоту, већ се користе и за управљање топлотном енергијом одвођењем одвођења топлоте када је топлоте више. У случају ниских температура, хладњаци су намењени за пружање топлоте ослобађањем топлотне енергије за правилан рад кола.
Избор хладњака
За избор хладњака морамо узети у обзир следеће математичке прорачуне:
Размотрити
П: Стопа одвођења топлоте у ватима
Т_ј: Максимална температура споја уређаја у 0Ц
Т_ц: Температура кућишта уређаја у 0Ц
Т_а: Температура ваздуха на 0Ц
Т_с: Максимална температура хладњака смештена крајње близу уређаја на 0Ц
Топлотни отпор се може дати помоћу
Р = ∆Т / К
Електрични отпор је дат са
Р_е = ∆В / И
Термички отпор између споја и кућишта уређаја дат је са
Р_јц = (∆Т_јц) / К
Случај отпора судоперу даје
Р_цс = (∆Т_цс) / П
Понирање отпорности амбијента даје
Р_са = (∆Т_са) / К
Дакле, спој на амбијентални отпор дат је са
Р_ја = Р_јц + Р_цс + Р_са = (Т_ј-Т_а) / К
Сада је потребна топлотна отпорност хладњака
Р_са = (Т_ј-Т_а) / К-Р_јц-Р_цс
У горњој једначини вредности Т_ј, К и Р_јц фиксира произвођач, а вредности Т_а и Р_цс дефинишу корисници.
Према томе, топлотни отпор хладњака за примену мора бити мањи или једнак горе израчунатом Р_са.
Приликом одабира хладњака, морају се узети у обзир различити параметри, попут топлотног буџета дозвољеног за хладњаке, стања протока ваздуха (природни проток, мешани мали проток, принудна конвекција великог протока).
Запремина хладњака може се одредити поделом запреминског топлотног отпора потребним топлотним отпором. Опсег запреминског топлотног отпора је следећи у доњој табели.
Доњи графикон приказује варијације у величини алуминијумског хладњака и топлотне отпорности као пример избора хладњака на основу топлотног отпора.
Подручје у односу на топлотни отпор хладњака
Овај чланак укратко говори о хладњаку, различитим врстама хладњака и значају хладњака у електронским колима. Вишеинформације у вези са хладњацима, молимо вас да поставите своја питања докоментаришући доле.
Фото кредити:
- Пролаз хладњака ецнмаг
- Принцип хладњака од стреацом
- Типови хладњака по електроника-хлађење
- Алуминијумски хладњак би специалцхем4полимерс
- Површина у односу на топлотни отпор хладњака од десигнворлдонлине
