Всеки електрически и електронен компонент във верига генерира известно количество топлина, докато веригата се изпълнява чрез осигуряване на захранване. Типично мощни полупроводникови устройства като силови транзистори и опто електрониката като светодиоди , лазерите генерират топлина в значителни количества и тези компоненти са недостатъчни за разсейване на топлината, тъй като способността им за разсейване е значително ниска.
Поради това нагряването на компонентите води до преждевременна повреда и може да доведе до повреда на цялата верига или работата на системата. Така че, за да победят тези негативни аспекти, трябва да се осигурят радиатори за охлаждане.
Какво е радиатор?
Система за охлаждане
Радиаторът е електронен компонент или устройство на електронна схема който разпръсква топлина от други компоненти (главно от силовите транзистори) на верига в околната среда и ги охлажда за подобряване на техните характеристики, надеждност и също така избягва преждевременната повреда на компонентите. За целите на охлаждането той включва вентилатор или охлаждащо устройство.
Принцип на радиатора
Законът на Фурие за топлопроводимост гласи, че ако в тялото има температурен градиент, тогава топлината ще се прехвърли от високотемпературен регион в допустим температурен регион. И това може да се постигне по три различни начина, като конвенция, радиация и проводимост.
Принцип на радиатора
Всеки път, когато два обекта с различна температура влязат в контакт помежду си, настъпва проводимост, караща бързо движещите се молекули на обекта с висока температура да се сблъскат с бавно движещите се молекули на по-хладните обекти и по този начин прехвърлят топлинна енергия към по-хладния обект и това се нарича термична проводимост.
По същия начин радиаторът прехвърля топлината или топлинната енергия от високотемпературен компонент към нискотемпературна среда като въздух, вода, масло и др. Обикновено въздухът се използва като нискотемпературна среда и ако водата се използва като среда, тогава се нарича студена плоча.
Видове радиатори
Радиаторите са класифицирани в различни категории въз основа на различни критерии. Нека разгледаме основните типове, а именно активни радиатори и пасивни радиатори.
Видове радиатори
Активни радиатори
Те обикновено са тип вентилатори и използват мощност за охлаждане. Те също могат да бъдат наречени като радиатор или вентилатори. Вентилаторите са допълнително класифицирани като тип сачмен лагер и тип лагер. Вентилаторите на двигателите със сачмени лагери са предпочитани, тъй като работният им диапазон е по-дълъг и те са по-евтини, когато става въпрос за продължителна употреба. Изпълнението на тези видове радиатори е отлично, но не и за дългосрочни приложения, тъй като те се състоят от движещи се части също са малко скъпи.
Пасивни радиатори
Те не притежават никакви механични компоненти и са изработени от радиатори с алуминиеви перки. Те разсейват топлинната енергия или топлината, като използват процеса на конвекция. Те са най-надеждни от активните радиатори и за ефективна работа на пасивните радиатори се препоръчва да се поддържа непрекъснат въздушен поток през техните ребра.
Алуминиев радиатор
Радиаторите обикновено са направени от метали и алуминият е най-често използваният метал в радиатора. Ние сме наясно с факта, че топлопроводимостта на всеки метал е различна. Топлинната проводимост на метала е пропорционална на топлопреминаването в радиатора . По този начин, ако топлопроводимостта на метала се увеличи, тогава
капацитетът за пренос на топлина на радиатора също ще се увеличи.
Алуминиев радиатор
Топлопроводимостта на алуминия е 235 W / mK, това е най-евтиният и лек метал. Алуминиевите радиатори също се наричат екструдирани радиатори, тъй като те могат да бъдат направени с помощта на екструзия.
Щамповани радиатори
Те са направени от метали, които са щамповани, за да образуват определена форма. Този печат създава радиатори при всяко преместване на метал през щамповащата машина. Те са по-евтини в сравнение с екструдираните радиатори.
Те се използват за приложения с ниска мощност и следователно те са с ниска производителност.
Обработка на радиатори
Те се произвеждат чрез механична обработка, често ганг трионът се използва за отстраняване на блок от материал, за да се направят междинни ребра с точно разстояние. Те са скъпи, тъй като много метал може да стане загуба в производствения процес.
Радиатори с облицовка на перки
Те често се използват за физически големи приложения, които изискват разумна производителност като електрическо заваряване и DC-DC тухлени приложения . Те се правят чрез залепване на отделни метални ребра към основата на радиатор. Това може да се направи по два метода, а именно термичен епоксид, който е икономичен, а другият е чрез спояване, което е скъпо.
Радиатори със сгънати перки
Тези радиатори със сгънати ребра имат голяма повърхност и притежават сгънат материал за радиатор и следователно те имат много висока производителност и много висока плътност на топлинния поток. В тези мивки въздухът е насочен да тече директно в радиатори през някакъв канал. Това оскъпява цялото нещо, тъй като разходите за производство и канали са включени в общите разходи за мивката.
Скивед радиатори
Процесът на почистване се използва за производството на тези мивки, което включва направата на много фини блокове от метали, обикновено мед. Следователно те се наричат отклонени радиатори. Това са радиатори със средна до висока ефективност.
Ковани радиатори
Металите като мед и алуминий се използват за образуване на радиатори чрез използване на силите на натиск. Този процес се нарича процес на коване. Следователно те са наречени като ковани радиатори.
Радиатори с единични перки
Те са с малко тегло и могат да бъдат инсталирани в тесни пространства. Те също така притежават способности с ниска до висока производителност и могат да се използват за много приложения. Но основният недостатък е, че те са малко скъпи.
Погребани радиатори
Биенето е процес на студено обработване, но понякога може да се извърши дори като процес на гореща обработка, при който размерите на предмета се променят в матрица. Те са евтини, средно ефективни и са ограничени в управлението на въздушния поток.
Значение на радиаторите в електронните схеми
- Радиаторът е пасивен топлообменник и е проектиран да има голяма повърхност в контакт с околната (охлаждаща) среда като въздуха. Компонентите или електронните части или устройства, които са недостатъчни за умерена температура, изискват радиатори за охлаждане. Топлина, генерирана от всеки елемент или компонент на електронна схема трябва да се разсейва за подобряване на неговата надеждност и предотвратяване на преждевременната повреда на компонента.
- Той поддържа термична стабилност в граници за всеки електрически и електронен компонент на всяка верига или електронни части на която и да е система. Ефективността на радиатора зависи от фактори като избора на материал, дизайн на издатината, повърхностна обработка и скорост на въздуха.
- Централните процесори и графичните процесори на компютър също се охлаждат с помощта на радиаторите. Радиаторите също се наричат разпръсквачи на топлина, които често се използват като капаци в паметта на компютъра за разсейване на топлината му.
- Ако не са предвидени радиатори за електронни вериги, тогава ще има шанс за повреда на компоненти като транзистори, регулатори на напрежение, интегрални схеми, светодиоди и силови транзистори. Дори докато запояване на електронна схема , препоръчително е да се използва радиатор, за да се избегне прегряване на елементите.
- Радиаторите не само осигуряват разсейване на топлината, но също така се използват за управление на топлинната енергия чрез разсейване на топлината, когато топлината е повече. В случай на ниски температури, радиаторите са предназначени да осигуряват топлина чрез освобождаване на топлинна енергия за правилна работа на веригата.
Избор на радиатор
За избор на радиатор трябва да вземем предвид следните математически изчисления:
Обмисли
В: Скорост на разсейване на топлината във ватове
T_j: Максимална температура на свързване на устройството в 0C
T_c: Температура на корпуса на устройството в 0C
T_a: Температура на околния въздух при 0C
T_s: Максималната температура на радиатора, разположена най-близо до устройството в 0C
Термичното съпротивление може да бъде дадено от
R = ∆T / Q
Електрическото съпротивление се дава от
R_e = ∆V / I
Топлинното съпротивление между кръстовището и корпуса на устройството се дава от
R_jc = (∆T_jc) / Q
Съпротивлението срещу потъване е дадено от
R_cs = (∆T_cs) / Q
Устойчивост на мивка към околната среда се дава от
R_sa = (∆T_sa) / Q
По този начин връзката към съпротивлението на околната среда се дава от
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Сега необходимата термична устойчивост на радиатора е
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
В горното уравнение стойностите на T_j, Q и R_jc са фиксирани от производителя и стойностите на T_a и R_cs са дефинирани от потребителя.
По този начин термичното съпротивление на радиатора за приложение трябва да бъде по-малко или равно на изчисленото по-горе R_sa.
При избора на радиатора трябва да се вземат предвид различни параметри, като например топлинният бюджет, разрешен за радиатори, състоянието на въздушния поток (естествен поток, смесен нисък поток, принудителна конвекция с висок поток).
Обемът на радиатора може да бъде определен чрез разделяне на обемното термично съпротивление на необходимото термично съпротивление. Диапазонът на обемното термично съпротивление е както следва в таблицата, показана по-долу.
Графиката по-долу показва вариацията в размера на алуминиевия радиатор и термичното съпротивление като пример за избор на радиатор въз основа на термичното съпротивление.
Площ срещу термична устойчивост на радиатора
Тази статия разглежда накратко за радиатора, различните видове радиатори и значението на радиатора в електронните схеми. За ощеинформация относно радиаторите, моля публикувайте вашите запитвания докоментирайки по-долу.
Кредити за снимки:
- Радиатор от ecnmag
- Принцип на радиатора от стреаком
- Типове радиатори по електроника-охлаждане
- Алуминиев радиатор от specialchem4polymers
- Площ срещу термична устойчивост на радиатора от designworldonline
