Technológia chladenia, ktorá môže zlepšiť odvod tepla a jej pracovný princíp
Teraz vstúpme do hlavného problému, ktorý každého zaujíma: rozptyl tepla.
tepelná plutva
Chladič je pasívne zariadenie na prenos tepla. Pri prenose tepla z obalu IC do okolitého prostredia je jeho tepelný odpor oveľa menší ako paralelný tepelný odpor obalu do okolia spôsobený tepelnou konvekciou a tepelným žiarením.
Obrázok 1 ukazuje model tepelného odporu chladiča N-fin (N je číslo Fin), kde je materiál tepelného rozhrania (TIM) pripojený k hornej časti obalu. Potrebujeme TIM na zlepšenie kontaktu medzi obalom a chladičom, takže efektívny tepelný odpor chladiča musí zahŕňať tepelný odpor TIM.
Ekvivalentný odpor chladiča sa približne rovná odporu TIM plus odpor v spodnej časti chladiča a odpor chladiča delený číslom N. Keďže plocha chladiča môže byť väčšia ako je horná povrchová plocha obalu, jeho tepelná konvekcia a tepelný odpor môže byť menší ako tepelný konvekčný odpor a tepelný odpor horného povrchu obalu. Okrem toho, ak sa odpor vydelí počtom chladiča Fin, možno dosiahnuť zlepšenie N-krát. Avšak pre danú oblasť substrátu chladiča, keď je zvýšenie Fin vyššie ako určité množstvo, nakoniec to spôsobí zvýšenie tepelného odporu každého Fina: je to preto, že chladiče sa začnú k sebe približovať a znižovať efektívny koeficient prestupu tepla. . A pretože tieto tepelné odpory priamo zvyšujú efektívny tepelný odpor chladiča, je veľmi dôležité zvoliť materiály s vysokou tepelnou vodivosťou pre chladič a TIM, aby sa zlepšil celkový výkon chladiča.
chladič
Ďalšou technikou chladenia elektronických systémov je použitie tepelných priechodov a chladičov na šírenie väčšieho množstva tepla z IC do zadnej časti PCB. Otvory na odvod tepla umiestnené pod integrovaným obvodom môžu výrazne znížiť tepelný odpor dosky plošných spojov a pomôcť pri vedení tepla na dosku na odvádzanie tepla umiestnenú na spodnej strane dosky plošných spojov. Radiátor je vyrobený z materiálu s vysokou tepelnou vodivosťou (ako je grafit) a má väčšiu plochu na zlepšenie odvodu tepla.
ventilátor
Keď pasívne chladiče alebo radiátory nestačia na elimináciu tepla, systémy spotrebnej elektroniky, ako sú stolné počítače, notebooky, projektory atď., môžu tiež použiť elektronické ventilátory na odvádzanie tepla. Ventilátory používajú elektromotory a vyžadujú elektrickú energiu, aby aktívne pohybovali prúdením vzduchu okolo systému, aby sa odstránilo teplo. To môže spôsobiť hluk zvuku, takže pri výbere ventilátora je potrebné zvážiť problémy s hlukom a spoľahlivosťou. Mnoho ventilátorov dnes môže využívať signály modulácie šírky impulzov (PWM) na riadenie rýchlosti, takže môžete navrhnúť systém riadenia teploty na dynamickú úpravu rýchlosti ventilátora na základe teploty systému.
Tepelné potrubie
Tepelná trubica je zariadenie na prenos tepla, ktoré využíva princípy vedenia tepla a fázovej zmeny na prenos tepla medzi pevnými komponentmi. Fázová zmena potrubia chladiča sa zvyčajne týka procesu, v ktorom kvapalina dosiahne bod varu na konci vyparovania a vyparí sa a šíri sa do potrubia ako plyn. Po dosiahnutí studeného konca kondenzuje a uvoľňuje teplo a potom kvapalina tečie späť do odparovacieho konca kapilárnym pôsobením. Pri pohybe odovzdávania tepla z odparovacieho konca na kondenzačný sa tento proces bude neustále opakovať. Tepelné trubice sú tiež široko používané v systémoch spotrebnej elektroniky, ako sú počítače, tablety a smartfóny.
Dynamické škrtenie
Nakoniec, ako elektrotechnici môžeme skutočne použiť rôzne techniky obmedzovania výkonu na riadenie spotreby energie systému, ale to zvyčajne znižuje výkon systému. Naším cieľom je umožniť zákazníkom získať najlepší používateľský zážitok a zároveň čo najviac zvážiť výkon. Mnoho elektronických systémov teraz používa tepelné senzory v celej doske plošných spojov, čo umožňuje vstavanému procesoru monitorovať teplotu v systéme a robiť dynamické rozhodnutia o škrtení, keď teplota stúpa. Ako elektrotechnici prirodzene rozumieme rôznym výkonovým krivkám systému. Naše očakávania môžeme dosiahnuť zapnutím ventilátora, znížením funkcií, vypnutím rôznych častí systému alebo obmedzením taktu, keď teplota systému dosiahne rôzne teplotné prahy.
