Konštrukcia plutv v tvare rohu môže zlepšiť účinnosť odvádzania tepla chladiča s kolíkovými rebrami

Konštrukcia plutv v tvare rohu môže zlepšiť účinnosť odvádzania tepla chladiča s kolíkovými rebrami.

V posledných rokoch sa funkcie špičkových FPGA rýchlo rozvinuli do bezprecedentných výšok. Žiaľ, prudký rozvoj funkcií zvýšil aj nároky na odvod tepla. Preto dizajnéri potrebujú efektívnejšie chladiče, aby zabezpečili dostatočné požiadavky na chladenie pre integrované obvody.

Aby sa splnili vyššie uvedené potreby, dodávatelia tepelného manažmentu zaviedli rôzne dizajnové riešenia vysokovýkonných chladičov, ktoré môžu poskytnúť silnejší chladiaci efekt pri danej kapacite. Radiátor s kolíkovými lamelami v tvare rohoviny je jednou z najdôležitejších technológií predstavených v posledných rokoch. Tento druh chladiča bol pôvodne navrhnutý pre chladenie FPGA a niektoré z jeho charakteristík ho robia obzvlášť vhodným pre bežné prostredia FPGA.

Lepšie chladenie a riadenie prúdenia vzduchu.

Chladič s rozšíreným kolíkom je vybavený sériou valcových kolíkov. Ako je znázornené na obrázku 1, tieto kolíky slúžia ako rebrá chladiča a sú usporiadané vo von naklonenom tvare. Vďaka svojej jedinečnej fyzickej štruktúre je chladič s kolíkovými rebrami v tvare rohu optimalizovaný pre prostredia s nízkou a strednou rýchlosťou prúdenia vzduchu a v tomto prostredí môže dosiahnuť bezprecedentný chladiaci efekt. Materiál tohto typu chladiča môže byť meď alebo hliník a pôdorys sa pohybuje od 0,54 × 0,54 palca do 2,05 × 2,05 palca a výška sa pohybuje od menej ako pol palca po niečo viac ako jeden palec. Táto veľkosť môže spĺňať požiadavky rôznych veľkostí FPGA.

Chladič s kolíkovými rebrami v tvare rohu je odvodený od tradičného chladiča a tradičné rebrá sú usporiadané vertikálne (pozri obrázok 2). Aby sme pochopili chladiace charakteristiky chladiča s kolíkovými rebrami v tvare rohu, mali by sme najprv pochopiť chladiace vlastnosti tradičného radiátora. Chladiaci výkon tradičného chladiča je tiež veľmi dobrý, čo sa odráža najmä v nízkom tepelnom odpore. Jednotkou tepelného odporu je °C/W, ktorá sa používa na meranie počtu stupňov Celzia (vyšších ako okolitá teplota), ktoré zariadenie spotrebuje na watt energie, aby spôsobilo zvýšenie teploty.

Nízky tepelný odpor tradičných pin-fin chladičov je spôsobený hlavne nasledujúcimi charakteristikami: valcové kolíky, všesmerová štruktúra kolíkov a ich veľká plocha a vysoká tepelná vodivosť základne a kolíkov atď. výkon chladiča. V porovnaní so štvorcovými alebo obdĺžnikovými rebrami majú valcové kolíky nižší odpor voči prúdeniu vzduchu. V spojení so všesmerovou štruktúrou kolíkov pomáha okolitému prúdeniu vzduchu ľahko vstúpiť a vystúpiť z kolíkov.

Na dosiahnutie výrazného chladiaceho účinku musí mať chladič dostatočnú povrchovú plochu, inak, ak je povrch príliš malý, chladič nemôže odvádzať dostatok tepla. Zároveň, ak je povrch chladiča väčší (čím viac kolíkov obsahuje), tým ťažšie je pre okolitý prúd vzduchu vstúpiť do poľa kolíkov. Bohužiaľ, ak chladič nie je úplne vystavený okolitému prúdeniu vzduchu, bez ohľadu na to, aký veľký je jeho povrch, nebude schopný efektívne odvádzať teplo.

Zväčšite rozostup kolíkov, aby vzduch mohol ľahšie cirkulovať. Rýchlosť, ktorou vzduch prechádza cez chladič, by mala byť blízka rýchlosti, ktorou vzduch vstupuje do chladiča.

Tým, že je usporiadanie kolíkov kompaktnejšie, aby sa zväčšila povrchová plocha, možno zlepšiť chladiaci výkon chladiča. To však bude brániť prúdeniu vzduchu, čím sa zníži výkon rozptylu tepla. Toto je základný rozpor, ktorému musia dodávatelia čeliť pri navrhovaní vertikálnych chladičov.

Ohnutím kolíkov smerom von však kolíky v tvare rohu účinne prekonávajú rozpor medzi povrchovou plochou a hustotou kolíkov. Táto metóda výrazne zväčšuje vzdialenosť medzi kolíkmi v danej oblasti.

Preto môže okolitý prúd vzduchu pohodlnejšie vstupovať a vystupovať z poľa kolíkov. Povrch chladiča je vystavený vzduchu s rýchlejším prietokom a v dôsledku toho sa výrazne zvýši aj kapacita odvádzania tepla. Toto zlepšenie je obzvlášť viditeľné, keď je rýchlosť prúdenia vzduchu nízka, pretože čím je rýchlosť prúdenia vzduchu pomalšia, tým ťažšie je pre okolitý vzduch vstúpiť do poľa kolíkov chladiča. Preto je kolíkový chladič v tvare rohu najvhodnejší do prostredia s nízkou rýchlosťou vzduchu.