De toenemende grootte van moderne elektronische apparaten heeft geleid tot een toename van de dichtheid van de warmteafvoer. De warmte die hierbij vrijkomt heeft invloed op de prestaties van elektronische apparaten. Om de efficiëntie en levensduur van elektronische apparaten te behouden, is een effectieve manier van warmteafvoer nodig.
Op dit punt kan een zorgvuldig gekozen koellichaam een goede oplossing zijn voor het probleem van warmteafvoer van elektronische componenten. Hoewel elektronische componenten hun eigen koeleigenschappen hebben, is een koellichaam ook een goede keuze.
Bij het kiezen van het juiste koellichaam moet je drie factoren zorgvuldig overwegen. Deze omvatten een zorgvuldige evaluatie van de ontwerpvereisten, materiaaleigenschappen en het beheer van de thermische weerstand. Door het juiste koellichaam te kiezen, kunt u de thermische prestaties effectief verbeteren, de energie-efficiëntie optimaliseren en oververhitting voorkomen.
Bij Trumonytechs, kunnen wij u voorzien van gespecialiseerde thermische oplossingen. Als je gewoon thermische materialen nodig hebt, dan onze interfacematerialen zijn ook een ideale optie.
Inhoudsopgave
Waar worden radiatoren voor gebruikt?
Het koellichaam is meestal gemaakt van een warmtegeleidend materiaal (koper/aluminium) dat is ontworpen om warmte af te voeren door vloeistofkoeling, natuurlijke convectie, geforceerde convectie of straling. Het belangrijkste doel is om warmte van het verwarmingselement naar een koelere omgeving te geleiden. De conventionele manier van warmteafvoer is bijvoorbeeld dat een vaste stof zijn temperatuur direct afgeeft aan de lucht, waardoor deze afkoelt. De komst van koellichamen daarentegen zorgt voor een warmtegeleidend medium direct tussen de vaste stof en de lucht. Het bereikt een goede warmtegeleiding door het contactoppervlak tussen het onderdeel en de koelvloeistof te vergroten, in combinatie met de warmtegeleidende eigenschappen van het materiaal zelf, waardoor de temperatuur onder de maximumtemperatuur blijft die is opgegeven door de fabrikant van de apparatuur.
Verschillende toepassingen hebben echter verschillende vereisten voor warmteafvoer. Daarom moet u het juiste koellichaam kiezen op basis van uw huidige koelbehoeften. Maar maak je geen zorgen, Trumonytechs, als experts op het gebied van thermisch beheerWij hebben de ervaring om je hier stap voor stap doorheen te leiden.
Beheer van thermische weerstand
Inzicht in warmteweerstand en het belang ervan bij warmtebeheer
De thermische weerstand is een belangrijke parameter om de efficiëntie van de warmteoverdracht van een warmtebron naar de omgeving te evalueren. Deze wordt gemeten in °C/W en kwantificeert de temperatuurstijging die wordt gegenereerd per watt opgenomen vermogen. Hoe lager de thermische weerstand, hoe beter het systeem de warmte afvoert, zodat de componenten binnen een veilig bedrijfstemperatuurbereik blijven.
Thermische weerstand kan worden gezien als de som van verschillende kritieke paden: de chip naar de modulebehuizing, de behuizing en het koellichaam (thermische interfaceweerstand) en de weerstand tussen het koellichaam en de stromende vloeistof. Elk pad beïnvloedt de totale thermische weerstand. En begrijpen hoe elk onderdeel de warmteweerstand beïnvloedt, is cruciaal voor het kiezen van het juiste koellichaam. Dus hoe moet je de thermische weerstand berekenen? Dat leggen we hieronder uit.
Thermische weerstand berekenen
Om de thermische weerstand effectief te berekenen, is het belangrijk om de maximaal toegestane temperatuurstijging binnen het systeem te kennen om het meest geschikte koellichaam te selecteren. Bijvoorbeeld van de omgevingstemperatuur naar de maximale bedrijfstemperatuur van de apparatuur. Dit helpt bij het bepalen van de maximaal toegestane warmteweerstand van het koellichaam.
Vergelijkbaar met de TO-220 verpakking, een halfgeleiderverpakking die vaak wordt gebruikt in vermogenselektronica. In dit geval zal het stroomverbruik van het apparaat resulteren in gegenereerde warmte. Er moet rekening worden gehouden met de thermische weerstand tussen de chip en de behuizing, tussen de behuizing en het koellichaam en tussen het koellichaam en de koelvloeistof. Door het stroomverbruik te berekenen en de individuele weerstanden te combineren, kan de vereiste thermische weerstand van het koellichaam worden bepaald.
Hoe lager de thermische weerstand van elk pad, hoe efficiënter de warmteoverdracht zal zijn. Dit voorkomt oververhitting en garandeert de levensduur en betrouwbaarheid van componenten. Een te hoge warmteweerstand in één pad kan leiden tot onvoldoende koeling, waardoor de prestaties afnemen of de apparatuur zelfs defect raakt.
Dit kan lastig zijn en er is speciale meetapparatuur voor nodig. Gelukkig kan Trumonytechs specialistische modelanalyse leveren. We kunnen de geometrie en parameters van het koellichaam doornemen om te bepalen welk koellichaam aan de hoogste eisen voldoet.
Methoden om de thermische weerstand te verminderen
Om de thermische weerstand te verminderen, is het belangrijk om efficiënte thermische interfacematerialen (TIM) te gebruiken, zoals thermisch vet of thermische pads, die de kleine luchtspleten tussen het verwarmingselement en het koellichaam overbruggen en die kunnen worden gebruikt om deze ruimten op te vullen met hun hoge thermische geleidbaarheid om de warmteoverdracht te verbeteren. Aan de andere kant zijn koellichamen een andere effectieve strategie voor warmteafvoer, omdat ze kunnen worden gevormd om het oppervlak van het koellichaam te maximaliseren door het aantal lamellen te vergroten of de vorm aan te passen om een effectieve warmteoverdracht te bereiken. De twee kunnen samenwerken om effectief warmte te absorberen en af te voeren van het onderdeel om een lage thermische weerstand te bereiken.
Materiaalkeuze
Bij het ontwerpen van een koellichaam is de materiaalkeuze cruciaal om de warmteafvoer te optimaliseren en de efficiëntie en levensduur van de componenten te garanderen. De twee meest gebruikte materialen voor koellichamen en koeloplossingen zijn aluminium en koper. Elk materiaal heeft zijn voordelen en beperkingen, afhankelijk van de toepassing.
Aluminium: Aluminium wordt veel gebruikt vanwege de kosteneffectiviteit en het feit dat het gemakkelijk in verschillende vormen kan worden geëxtrudeerd. Het heeft een goed warmtegeleidingsvermogen en kan worden gebruikt in de meeste conventionele koeltoepassingen. Bovendien is aluminium licht van gewicht, waardoor het veel gebruikt kan worden in de elektronica- en auto-industrie. Het warmtegeleidingsvermogen van aluminium is echter maar ongeveer de helft van dat van koper, waardoor het niet helemaal voldoet aan de eisen van sommige toepassingen met een hoog warmtegeleidingsvermogen.
Koper: Koper heeft een uitstekend warmtegeleidingsvermogen - ongeveer twee keer dat van aluminium. Dit is ideaal voor toepassingen met een hoog warmtegeleidingsvermogen. Voorbeelden hiervan zijn vermogenselektronica, krachtige processors en LED-koelsystemen. Koper is ook een materiaal met een uitstekende corrosiebestendigheid in vergelijking met aluminium, waardoor het ideaal is voor corrosiebestendige toepassingen. De hogere dichtheid van koper komt echter overeen met het zwaardere gewicht, waardoor het minder geschikt kan zijn voor toepassingen met hoge gewichtseisen. Het is ook duurder dan aluminium, waardoor het minder geschikt is voor toepassingen met een beperkt budget.
Andere materialen en composieten: Voor scenario's met extreme prestaties zijn composietoplossingen zoals gecoate koellichamen en vloeistofgekoelde panelen zijn ideaal. Deze materialen kunnen verbeterde prestaties leveren, zoals verbeterde warmteoverdracht, corrosiebestendigheid en gewichtsvermindering. Door een metalen substraat te combineren met een warmtegeleidende coating, verhogen deze materialen de efficiëntie van de warmteoverdracht en verminderen ze de corrosie. Ondertussen is het gebruik van vloeistofkoelingstechnologie in moderne elektrische voertuigen, zoals Tesla's accukoelsysteemis een duidelijk voorbeeld.
Koelmethode en ontwerptype
Effectieve koeling is essentieel voor het behoud van de prestaties, betrouwbaarheid en levensduur van elektronische apparaten. Er zijn twee primaire koelmethoden: passieve koeling en actieve koelingelk met specifieke toepassingen afhankelijk van de systeemvereisten. Daarnaast zorgen ontwerpinnovaties in koellichaamstructuren en thermische simulaties voor vooruitgang in koeltechnologieën.
Passieve koeling vs. actieve koeling
Passieve koeling vertrouwt op natuurlijke convectie en straling om warmte af te voeren. Bij deze aanpak zijn er geen bewegende delen of extra stroomverbruik, waardoor het ideaal is voor omgevingen die een stille werking vereisen of systemen zonder externe stroombron. Passieve koeloplossingen worden vaak gebruikt in IoT-apparaten, verlichtingssystemen zoals LED's en elektronische apparaten met een laag vermogen. Ze hebben echter beperkte mogelijkheden voor warmteafvoer en zijn niet geschikt voor krachtige of warmte-intensieve systemen.
Actieve koeling daarentegen maakt gebruik van ventilatoren of pompen om de lucht- of vloeistofstroom door een koellichaam of koelplaat te verhogen, waardoor de warmte efficiënter wordt afgevoerd. Actieve koeling is cruciaal voor toepassingen zoals krachtige computers, datacenters en elektrische voertuigen (EV's) die grote warmtebelastingen moeten beheren. Hoewel actieve koelsystemen complexer zijn en elektrisch vermogen vereisen, bieden ze een hoger niveau van warmteafvoer in vergelijking met passieve oplossingen.
Vormen en opstellingen van koellichamen
De vorm en plaatsing van de koelribben van de radiator spelen een cruciale rol in de koelefficiëntie. Gangbare ontwerpen zijn rechte lamellen, pin lamellen en gebogen lamellen, die elk geschikt zijn voor specifieke situaties. Rechte lamellen zijn bijvoorbeeld eenvoudiger te produceren en worden veel gebruikt in compacte units. Naaldribben daarentegen bieden meer oppervlakte en zijn ideaal voor turbulente luchtstromingen. Gebogen lamellen optimaliseren de luchtstroom en verbeteren de warmteafvoer in systemen waar de ruimte beperkt is.
Het maximaliseren van het oppervlak en het optimaliseren van de luchtstroompatronen zijn belangrijke ontwerpprincipes. Een groter oppervlak verbetert de warmte-uitwisseling, terwijl het ontwerp van de luchtstroom hot spots voorkomt en zorgt voor gelijkmatige koeling. Deze factoren hebben een grote invloed op de algehele efficiëntie van het koellichaam, dus nauwkeurige ontwerpkeuzes zijn essentieel.
Deze kunnen worden geëvalueerd met behulp van Trumonytechs modelleringsdiensten om de thermische prestaties van verschillende vinvormen en configuraties te beoordelen.
Simulatie en optimalisatie
Met thermische simulatietools, zoals SimScale en ANSYS, kunnen ingenieurs koelingsontwerpen evalueren voordat ze in productie gaan. Deze tools voorspellen warmtestromingstrajecten, identificeren thermische knelpunten en bevelen de beste materiaal- en structuurcombinaties aan. Simulaties verminderen de noodzaak voor dure prototypes en zorgen ervoor dat de uiteindelijke ontwerpen voldoen aan de prestatievereisten.
De beste keuze maken op basis van meerdere factoren
Koellichamen zijn belangrijke thermische componenten in de huidige elektronische apparaten. Bij het kiezen van het juiste koellichaam moet rekening worden gehouden met de thermische weerstand, materiaalselectie en ontwerpoptimalisatie om ervoor te zorgen dat elektronische componenten binnen de door de fabrikant gespecificeerde limieten werken. Door de warmte van elektronische componenten effectief af te voeren, kunnen we ervoor zorgen dat elektronische apparatuur optimaal werkt en verkorting van de levensduur door oververhitting voorkomen. Als u vragen hebt, kunt u onze simulatieoplossingen gebruiken om de geometrie en parameters van koellichaamcomponenten te bepalen voor een optimale warmteafvoer.
