Jäähdytystekniikka, joka voi parantaa lämmönpoistoa ja sen toimintaperiaatetta

Siirrytään nyt perimmäiseen ongelmaan, josta kaikki välittävät: lämmön haihtumista.

lämpö fin

Jäähdytyslevy on passiivinen lämmönsiirtolaite. Siirrettäessä lämpöä IC-paketista ympäröivään ympäristöön, sen lämpövastus on paljon pienempi kuin lämpökonvektion ja lämpösäteilyn aiheuttama rinnakkaislämpövastus pakkauksesta ympäristöön.

Kuvassa 1 on esitetty N-fin jäähdytyslevyn lämpöresistanssimalli (N on Fin numero), jossa lämpörajapintamateriaali (TIM) on kytketty pakkauksen yläosaan. Tarvitsemme TIM:ää parantamaan pakkauksen ja jäähdytyselementin välistä kontaktia, joten jäähdytyselementin tehokkaaseen lämpövastukseen on sisällytettävä TIM:n lämpövastus.

Jäähdytyselementin ekvivalenttiresistanssi on suunnilleen yhtä suuri kuin TIM:n resistanssi plus jäähdytyselementin pohjan vastus ja jäähdytyselementin resistanssi jaettuna luvulla N. Koska jäähdytyselementin pinta-ala voi olla suurempi kuin pakkauksen yläpinta, sen lämmön konvektio ja lämmön säteilyvastus voi olla pienempi kuin pakkauksen yläpinnan lämmön konvektio ja lämmön säteilyvastus. Lisäksi, jos vastus jaetaan jäähdytyselementin Fin lukumäärällä, voidaan saavuttaa N-kertainen parannus. Tietyllä jäähdytyselementin substraattialueella, kun evän lisäys on suurempi kuin tietty määrä, se kuitenkin saa lopulta kunkin rivan lämpöresistanssin kasvamaan: tämä johtuu siitä, että jäähdytyselementit alkavat lähestyä toisiaan ja vähentävät tehollista tehoa. lämmönsiirtokerroin. . Ja koska nämä lämpövastukset lisäävät suoraan jäähdytyselementin tehollista lämpövastusta, on erittäin tärkeää valita korkean lämmönjohtavuuden omaavat materiaalit jäähdytyselementille ja TIM:lle jäähdytyselementin yleisen suorituskyvyn parantamiseksi.

jäähdytyselementti

Toinen tekniikka elektronisten järjestelmien jäähdyttämiseen on käyttää lämpöläpivientejä ja jäähdytyselementtejä levittämään enemmän lämpöä IC:stä piirilevyn takaosaan. IC:n alle sijoitetut lämmönpoistoreiät voivat vähentää merkittävästi piirilevyn lämpövastusta ja auttaa ohjaamaan lämpöä piirilevyn pohjalle sijoitettuun lämmönpoistolevyyn. Patteri on valmistettu korkean lämmönjohtavuuden materiaalista (kuten grafiitista) ja sen pinta-ala on suurempi lämmön haihtumisen parantamiseksi.

tuuletin

Kun passiiviset jäähdytyslevyt tai patterit eivät riitä poistamaan lämpöä, kulutuselektroniikkajärjestelmät, kuten pöytätietokoneet, kannettavat tietokoneet, projektorit jne., voivat myös käyttää sähköisiä tuulettimia lämmön haihduttamiseen. Tuulettimet käyttävät sähkömoottoreita ja vaativat sähköä siirtääkseen ilmavirtaa aktiivisesti järjestelmän ympärillä lämmön poistamiseksi. Tämä voi aiheuttaa äänikohinaa, joten melu- ja luotettavuuskysymykset on otettava huomioon tuuletinta valittaessa. Monet tuulettimet voivat nykyään käyttää pulssinleveysmodulaatiosignaaleja (PWM) ohjaamaan nopeutta, joten voit suunnitella lämmönhallintajärjestelmän säätämään dynaamisesti tuulettimen nopeutta järjestelmän lämpötilan perusteella.

Lämmitysputki

Lämpöputki on lämmönsiirtolaite, joka siirtää lämpöä kiinteiden komponenttien välillä lämmönjohtavuuden ja faasimuutoksen periaatteita noudattaen. Patteriputken faasimuutoksella tarkoitetaan yleensä prosessia, jossa neste saavuttaa haihdutuspäässä kiehumispisteen ja höyrystyy ja leviää putkeen kaasuna. Kun se on saavuttanut kylmän pään, se tiivistyy ja vapauttaa lämpöä, minkä jälkeen neste virtaa kapillaaritoiminnalla takaisin haihdutuspäähän. Lämmön siirtämisessä haihdutuspäästä lauhdutuspäähän tämä prosessi toistetaan jatkuvasti. Lämpöputkia käytetään laajalti myös kulutuselektroniikkajärjestelmissä, kuten tietokoneissa, tableteissa ja älypuhelimissa.

Dynaaminen kuristus

Lopuksi, sähköinsinööreinä voimme todellakin käyttää erilaisia ​​tehon kuristustekniikoita järjestelmän virrankulutuksen hallintaan, mutta tämä yleensä vähentää järjestelmän suorituskykyä. Tavoitteemme on antaa asiakkaille mahdollisuus saada paras käyttökokemus ja samalla punnita suorituskykyä mahdollisimman paljon. Monet elektroniset järjestelmät käyttävät nyt lämpöantureita koko piirilevyssä, jolloin sisäänrakennettu prosessori voi seurata järjestelmän lämpötilaa ja tehdä dynaamisia kuristuspäätöksiä lämpötilan noustessa. Sähköinsinööreinä ymmärrämme luonnollisesti järjestelmän eri tehokäyrät. Voimme saavuttaa odotuksemme käynnistämällä tuulettimen, vähentämällä toimintoja, poistamalla käytöstä järjestelmän eri osia tai rajoittamalla kellonopeutta, kun järjestelmän lämpötila saavuttaa eri lämpötilakynnykset.