Termisk designprincip for strømforsyning med høj effekt

1. Hvorfor de elektroniske produkter har brug for termisk løsning

Chips af elektroniske produkter er meget integrerede, med flere og flere funktionskrav og mindre og mindre volumenkrav. Nutidens komponenter udvikler sig hurtigt i retning af miniaturisering, høj funktionalitet og høj effektivitet. Højtydende komponenter vil generere meget varme ved høje hastigheder, og denne varme skal fjernes med det samme for at sikre, at komponenterne kan fungere ved normale driftstemperaturer. Kør med den højeste effektivitet. Derfor er den relaterede teknologi til varmeledning konstant udfordret med udviklingen af ​​den elektroniske industri.

2. Typer af kølepladematerialer:

Guld, sølv, jern, kobber, aluminium, aluminiumslegering, silikoneplade osv.

3. Princip for varmeafledning

Varmeafledningsformen for en radiator omfatter hovedsageligt stråling og konvektion.

Strålingsvarmeoverførsel: varmeenergi transmitteres i form af stråling, uden noget medium, kan den transmitteres i vakuumtilstand, såsom solens varmeenergi transmitteres til jorden gennem universet.

Konvektiv varmeoverførsel: Varmeenergi overføres gennem luft eller andre medier, såsom konvektionsradiatorer for at opvarme luften. Luften opvarmer alt i rummet, og luftbevægelsen er hovedsageligt afhængig af luftens bevægelse for at sprede varmeenergien.

Strålingsradiatorer i traditionel forstand refererer til radiatorer, der tegner sig for en relativ andel af den samlede varmeafledning. På nuværende tidspunkt er de mest typiske strålingsradiatorer støbejern, stålsøjleradiatorer og kobber-aluminium-kompositradiatorer. Og så videre, blandt dem, udgør den varmeenergi, der transmitteres af stråling, kun 30 procent, og de andre 70 procent varmeenergi transmitteres ved konvektion. Konvektionsradiatoren er en radiator med stort set ingen strålingsvarmeudveksling (eller meget lille), såsom Fried kobberrørs-konvektionsradiatoren. Den opvarmes mere behageligt og hurtigere end en radiator.

B. Metoderne til varmeafledning omfatter strålingsvarmeafledning, ledningsvarmeafledning, konvektionsvarmeafledning og fordampningsvarmeafledning.

Varmen genereret af forskellige væv og organer i kroppen er jævnt fordelt til alle dele af kroppen sammen med blodcirkulationen. Når blodet strømmer gennem hudens blodkar, spredes 90 procent af den samlede varme af huden, så huden er hoveddelen af ​​kroppen til at aflede varme. Der er også en lille del af varmen, som afledes fra kroppen gennem lunger, nyrer og fordøjelseskanalen med åndedræt, urin og afføring.

(1) Vejen til varmeafledning - hovedsageligt den fysiske måde

1. Stråling Stråling betyder, at kroppen afgiver varme ved at udsende infrarøde stråler. Når hudtemperaturen er højere end den omgivende temperatur, spredes kroppens varme ved stråling. Strålingsvarmeafledning er relateret til faktorer som hudtemperatur, omgivelsestemperatur og effektivt strålingsområde af kroppen. Generelt udgør strålingsvarmeafgivelsen 40 procent af den samlede varmeafledning. Hvis den omgivende temperatur er højere end hudtemperaturen, vil kroppen naturligvis absorbere strålevarme. Stålarbejdere arbejder foran ovne, ligesom landmænd, der arbejder på marker under solen i den varme sommer.

2. Ledning og konvektion Ledning er den måde, hvorpå kroppen afleder varme ved at overføre molekylær kinetisk energi. Når den menneskelige krop er i direkte kontakt med genstande, der er køligere end huden (såsom tøj, senge, stole osv.), overføres varme fra kroppen til disse genstande. Klinisk anvender brugen af ​​iskapper, isposer og andre metoder til at køle patienter med høj feber dette princip.

C, varmeudvekslingen mellem radiatoren og omgivelserne

Efter at varmen er overført til toppen af ​​radiatoren, er det nødvendigt at sprede den overførte varme til det omgivende miljø så hurtigt som muligt. For den luftkølede radiator er det til at udveksle varme med den omgivende luft. På dette tidspunkt overføres varme mellem to forskellige medier, og den fulgte formel er Q= XAX ΔT, hvor ΔT er temperaturforskellen mellem de to medier, det vil sige temperaturforskellen mellem radiatoren og den omgivende luft ; og er væskens temperaturforskel. Termisk ledningsevne, efter at kølepladematerialet og luftsammensætningen er bestemt, er det en fast værdi; det vigtigste A er kontaktområdet mellem kølepladen og luften. Under forudsætning af, at andre forhold forbliver uændrede, såsom volumen af ​​kølepladen, vil der generelt være. Men ved at ændre radiatorens form, øge kontaktarealet med luften og øge varmevekslingsarealet, er det en effektiv midler til at forbedre varmeafledningseffektiviteten. , For at opnå dette øges overfladearealet generelt ved hjælp af finnedesign suppleret med overflade ru eller gevind.

Efter at varmen er overført til luften, vil temperaturen på luften i kontakt med kølepladen stige hurtigt. På dette tidspunkt skal den varme luft fjerne varmen så meget som muligt med den omgivende kolde luft gennem varmeveksling såsom konvektion. For luftkølede radiatorer er det vigtigste middel at øge luftstrømmens hastighed og bruge en ventilator til at opnå tvungen konvektion. Dette er hovedsageligt relateret til ventilatorens design og vindhastigheden. Effektiviteten af ​​radiatorventilatoren (såsom flow, vindtryk) afhænger hovedsageligt af ventilatorbladets diameter, den aksiale længde, ventilatorens hastighed og formen på ventilatorbladet. Blæserens flow er for det meste i CFM (Imperial system, kubikfod/minut), og en CFM er omkring 0.028 mm3/minut flow.

Ren aluminium radiator

Ren aluminium radiator er den mest almindelige radiator i de tidlige dage. Dens fremstillingsproces er enkel, og omkostningerne er lave. Indtil videre fylder ren aluminium radiator stadig en betydelig del af markedet. For at øge varmeafledningsarealet af dens finner er den mest almindeligt anvendte behandlingsmetode for rene aluminiumsradiatorer aluminiumekstruderingsteknologi, og de vigtigste indikatorer for evaluering af en ren aluminiumradiator er tykkelsen af ​​radiatorbasen og Pin-Fin-forholdet . Pin refererer til højden af ​​kølepladens finner, og Fin refererer til afstanden mellem to tilstødende finner. Pin-finne-forholdet er højden af ​​pinden (eksklusive tykkelsen af ​​basen) divideret med finnen. Jo større Pin-Fin-forholdet er, jo større er radiatorens effektive varmeafledningsområde, og jo mere avanceret er aluminiumsekstruderingsteknologien.

Ren kobber radiator

Kobbers varmeledningsevne er 1,69 gange højere end aluminium, så under forudsætning af, at andre forhold er de samme, kan rene kobberkøleplader tage varme væk fra varmekilden hurtigere. Imidlertid er teksturen af ​​kobber et problem. Mange annoncerede "rene kobber køleplader" er ikke rigtig 100 procent kobber. På listen over kobber kaldes dem med et kobberindhold på mere end 99 procent syrefrit kobber, og den næste kobberkvalitet er Dan-kobber med et kobberindhold på mindre end 85 procent. De fleste af de rene kobberkøleplader på markedet har i øjeblikket et kobberindhold mellem de to. Kobberindholdet i nogle ringere rene kobberradiatorer er ikke engang 85 procent. Selvom omkostningerne er meget lave, er dens varmeledningsevne stærkt reduceret, hvilket påvirker varmeafledningen. Derudover har kobber også indlysende mangler, såsom høje omkostninger, vanskelig forarbejdning og for meget masse af kølepladen, hvilket hindrer anvendelsen af ​​køleplader helt i kobber. Hårdheden af ​​rødt kobber er ikke så god som for aluminiumslegering AL6063, og ydeevnen af ​​nogle mekaniske bearbejdninger (såsom riller) er ikke så god som for aluminium; smeltepunktet for kobber er meget højere end for aluminium, hvilket ikke er befordrende for ekstruderingsdannelse (ExtrusiON) og så videre.

Selvom de mest almindeligt anvendte kølepladematerialer er kobber og aluminiumslegeringer, er aluminiumslegeringer nemme at behandle og lave omkostninger og er de mest udbredte materialer. Den højere varmeledningsevne af kobber gør dets øjeblikkelige varmeabsorptionsevne bedre end aluminiumslegeringer. Hastigheden er langsommere end for aluminiumslegering. Derfor er der, uanset rent kobber, rent aluminium eller aluminiumslegeringsradiator, en fatal fejl: fordi der kun bruges ét materiale, selvom den grundlæggende varmeafledningskapacitet kan opfylde behovene for mild varmeafledning, kan det ikke godt balancere varmeledningen . De to krav til kapacitet og varmekapacitet er noget overvældet i lejligheder med høje varmeafledningskrav.

Kobber-aluminium-bindingsteknologi

Efter at have overvejet de respektive mangler ved kobber og aluminium, bruger nogle avancerede radiatorer på markedet ofte kobber-aluminium-kombinationsfremstillingsprocesser. Disse køleplader bruger normalt kobbermetalbaser, mens kølepladefinner er lavet af aluminiumslegering. Selvfølgelig er der udover kobberbunden også metoder som brug af kobbersøjler til kølepladen, hvilket også er samme princip. Med høj termisk ledningsevne kan kobberbundens overflade hurtigt absorbere den varme, der frigives af CPU'en; aluminiumsfinnerne kan laves i den mest gunstige form til varmeafledning ved hjælp af komplekse processer og giver et stort varmelagerplads og frigiver det hurtigt. Der er fundet en balance i alle aspekter.

Varmen ledes fra CPU-kernen til overfladen af ​​kølepladen, hvilket er en varmeledningsproces. For kølepladens bund, da den er i direkte kontakt med et lille område med høj varmekilde, kræves det, at bunden hurtigt kan lede varme væk. Brugen af ​​materialer med højere termisk ledningsevne til kølepladen er meget nyttig til at forbedre den termiske ledningsevne. Det kan ses fra sammenligningstabellen for varmeledningssystem, at for eksempel aluminiums termiske ledningsevne er 237W/mK, og varmeledningsevnen af ​​kobber er 401W/mK. Sammenligner man radiatorer med samme volumen, er vægten af ​​kobber 3 gange vægten af ​​aluminium, mens den specifikke varme af aluminium er 3 gange. Den er kun 2,3 gange så stor som kobber, så under samme volumen kan en kobberradiator holde på mere varme end en aluminiumradiator og opvarme langsommere. Med den samme tykkelse af kølepladens base kan kobber ikke kun hurtigt fjerne temperaturen på varmekilder som CPU Die, men også dens egen temperaturstigning er langsommere end aluminiums køleplader. Derfor er kobber mere velegnet til at lave kølepladens bundflade.

Kombinationen af ​​disse to metaller er dog relativt vanskelig, og affiniteten mellem kobber og aluminium er dårlig. termisk modstand). I faktisk design og fremstilling forsøger producenterne altid at reducere grænsefladens termiske modstand så meget som muligt og undgå svagheder, som ofte afspejler producentens designmuligheder og fremstillingsprocesser.

4. Termisk medium - termisk ledende silicagel.

en. Hvad er termisk modstand?

Den såkaldte "termisk modstand" (termisk modstand) refererer til en omfattende parameter, der afspejler evnen til at forhindre varmeoverførsel. Begrebet termisk modstand minder meget om modstand, og enheden ligner også - grad /W, det vil sige temperaturforskellen mellem de to ender af varmeledningsbanen, når objektets kontinuerlige varmeoverførselseffekt er 1W .

b. Luftens termiske modstand er den største i naturen, og dens værdi er tæt på 0.03W/mK;

c. Fyld mellemrummet mellem varmelegemet og metalkølelegemet for at reducere luften, så varmelegemet og kølelegemet viser direkte konvektionsvarmeafledning.

d. Den termisk ledende silikoneplade kan også aflede varme indirekte, det vil sige, at den er udsat udenfor, så den kaldes en køleplade.

Sinda Thermal er en førende kølepladeproducent, vi ejer et team af termiske eksperter og mange præcise faciliteter og udstyr, vi kan tilbyde det mest konkurrencedygtige tilbud og køleplader af høj kvalitet. Kontakt os venligst, hvis du har varmekrav.