Cada component elèctric i electrònic en un circuit genera una certa quantitat de calor mentre el circuit s'executa proporcionant font d'alimentació. Normalment dispositius semiconductors d'alta potència com transistors de potència i l'electrònica opto com díodes emissors de llum , els làsers generen calor en quantitats considerables i aquests components són inadequats per dissipar la calor, ja que la seva capacitat de dissipació és significativament baixa.
A causa d’això, l’escalfament dels components provoca una fallada prematura i pot provocar un error en tot el circuit o el rendiment del sistema. Per tant, per conquerir aquests aspectes negatius, s’han de proveir dissipadors de calor per refredar-los.
Què és un dissipador de calor?
Dissipador de calor
El dissipador de calor és un component electrònic o un dispositiu d'un circuit electrònic que dispersa la calor d'altres components (principalment dels transistors de potència) d'un circuit al medi circumdant i els refreda per millorar el seu rendiment, fiabilitat i també evita la fallada prematura dels components. A efectes de refrigeració, incorpora un ventilador o un dispositiu de refrigeració.
Principi de dissipador de calor
La llei de Fourier de la conducció de calor estableix que si el gradient de temperatura és present en un cos, la calor es transmetrà des d’una regió d’alta temperatura a una regió de temperatura permesa. I això es pot aconseguir de tres maneres diferents, com ara la convenció, la radiació i la conducció.
Principi de dissipador de calor
Sempre que dos objectes amb temperatura diferent entren en contacte entre ells, es produeix la conducció que fa que les molècules de moviment ràpid de l’objecte de calor alt xoquin amb les molècules de moviment lent dels objectes més freds i, per tant, transfereix energia tèrmica a l’objecte més fred. , i això es denomina conductivitat tèrmica.
De la mateixa manera, el dissipador de calor transfereix la calor o l’energia tèrmica d’un component d’alta temperatura a un medi de baixa temperatura com aire, aigua, oli, etc. Normalment s’utilitza aire com a medi de baixa temperatura i, si s’utilitza aigua com a mitjà, llavors s’anomena placa freda.
Tipus de dissipadors de calor
Els dissipadors de calor es classifiquen en diferents categories segons diferents criteris. Considerem els principals tipus, a saber, dissipadors de calor actius i dissipadors de calor passius.
Tipus de dissipadors de calor
Dissipadors de calor actius
Generalment són de tipus ventilador i utilitzen energia per a refrigeració, també es poden anomenar dissipadors de calor o ventiladors. Els ventiladors també es classifiquen com a tipus de rodament de boles i tipus de rodament de mànigues. Es prefereixen els ventiladors de motor de rodaments de boles, ja que la seva durada de treball és més llarga i són més econòmics quan es tracta d’un ús de llarg abast. El rendiment d’aquest tipus de dissipadors de calor és excel·lent, però no per a aplicacions a llarg termini, ja que consisteixen en també són una mica cars.
Dissipadors de calor passius
Aquests no tenen components mecànics i estan fabricats amb radiadors d'aletes d'alumini. Aquests dissipen l’energia tèrmica o la calor mitjançant el procés de convecció. Aquests són més fiables que els dissipadors de calor actius i, per a un funcionament eficient dels dissipadors de calor passius, es recomana mantenir un flux d’aire continu a través de les seves aletes.
Dissipador de calor d'alumini
Els dissipadors de calor solen estar fets de metalls i l’alumini és el metall més utilitzat en els dissipadors de calor. Som conscients del fet que la conductivitat tèrmica de cada metall és diferent. La conductivitat tèrmica del metall és proporcional a la transferència de calor del dissipador de calor. . Així, si la conductivitat tèrmica del metall augmenta, aleshores el
també augmentarà la capacitat de transmissió de calor del dissipador de calor.
Dissipador de calor d'alumini
La conductivitat tèrmica de l'alumini és de 235 W / mK, és el metall més barat i lleuger. Els dissipadors de calor d’alumini també s’anomenen dissipadors de calor extrusionats, ja que es poden fabricar mitjançant extrusió.
Dissipadors de calor estampats
Estan fets de metalls que s’estampen per formar una forma particular. Aquest segell crea els dissipadors de calor cada vegada que es mou metall a través de la màquina estampadora. Són més econòmics en comparació amb els dissipadors de calor extrudits.
S’utilitzen per a aplicacions de baixa potència i, per tant, tenen un rendiment baix.
Dissipadors de calor per mecanitzat
Aquests es fabriquen mitjançant un procés de mecanitzat amb freqüència que la serra de banda s'utilitza per eliminar un bloc de material per fer entre aletes amb un espaiat precís. Són costosos, ja que pot perdre molta quantitat de metall com a malbaratament en el procés de fabricació.
Dissipadors de calor amb aleta lligada
S’utilitzen freqüentment per a aplicacions físicament grans que requereixen un rendiment sensible com la soldadura elèctrica i Aplicacions de maó DC-DC . Es fabriquen mitjançant la unió d'aletes individuals d'un metall a la base d'un dissipador de calor. Això es pot fer en dos mètodes: epoxi tèrmic, que és econòmic i l’altre és mitjançant soldadura, que és costosa.
Dissipadors de calor d'aleta plegada
Aquests dissipadors de calor amb aletes plegades tenen una gran superfície i posseeixen material de dissipador de calor plegat i, per tant, tenen un rendiment molt alt i una densitat de flux de calor molt alta. En aquests lavabos, l'aire es dirigeix a fluir directament cap als dissipadors de calor a través d'algun tipus de conducte. Això fa que tot sigui car, ja que el cost de fabricació i canalització s’inclou en el cost global de la pica.
Dissipadors de calor Skived
Per fabricar aquests lavabos s’utilitza un procés d’escapament, que consisteix a fabricar blocs de metalls molt fins generalment coure. Per tant, s’anomenen dissipadors de calor esquivats. Es tracta de dissipadors de calor d’alt o alt rendiment.
Dissipadors de calor forjats
Els metalls com el coure i l'alumini s'utilitzen per formar dissipadors de calor mitjançant l'ús de forces de compressió. Aquest procés es denomina procés de forja. Per tant, s’anomenen dissipadors de calor forjats.
Dissipadors de calor de conjunt d'aleta
Són lleugers i es poden instal·lar en espais reduïts. També tenen una capacitat de baix a alt rendiment i es poden utilitzar per a moltes aplicacions. Però el principal inconvenient és que són una mica cars.
Dissipadors de calor Swaged
El swaging és un procés de forja en fred, però de vegades es pot fer fins i tot en un procés de treball en calent en què les dimensions d'un article es transformen en un dau. Són econòmics, de rendiment mitjà i limitats en la gestió del flux d’aire.
Importància dels dissipadors de calor en circuits electrònics
- Un dissipador de calor és un intercanviador de calor passiu i està dissenyat per tenir una gran superfície en contacte amb el medi (de refrigeració) circumdant, com l’aire. Els components o components electrònics o dispositius que siguin insuficients per moderar la seva temperatura requereixen dissipadors de calor per refredar-se. Calor generada per cada element o component del circuit electrònic s'ha de dissipar per millorar la seva fiabilitat i evitar la fallada prematura del component.
- Manté l 'estabilitat tèrmica en els límits de cada electricitat i component electrònic de qualsevol circuit o components electrònics de qualsevol sistema. El rendiment del dissipador de calor depèn de factors com l'elecció d'un material, el disseny de protrusió, el tractament superficial i la velocitat de l'aire.
- Les unitats centrals de processament i els processadors gràfics d'un ordinador també es refreden mitjançant l'ús de dissipadors de calor. Els dissipadors de calor també s’anomenen distribuïdors de calor, que s’utilitzen freqüentment com a tapes a la memòria d’un ordinador per dissipar-ne la calor.
- Si no es proporcionen dissipadors de calor per als circuits electrònics, hi haurà la possibilitat de fallar components com ara transistors, reguladors de tensió, circuits integrats, LEDs i transistors de potència. Fins i tot mentre soldar un circuit electrònic , es recomana utilitzar dissipador de calor per evitar un escalfament excessiu dels elements.
- Els dissipadors de calor no només proporcionen dissipació de calor, sinó que també s’utilitzen per a la gestió de l’energia tèrmica que es fa dissipant la calor quan la calor és més gran. En cas de baixes temperatures, els dissipadors de calor estan destinats a proporcionar calor alliberant energia tèrmica per al bon funcionament del circuit.
Selecció de dissipador de calor
Per a la selecció del dissipador de calor hem de tenir en compte els següents càlculs matemàtics:
Tingueu en compte
P: taxa de dissipació de calor en watts
T_j: temperatura màxima de la unió del dispositiu a 0C
T_c: temperatura del dispositiu a 0C
T_a: temperatura de l'aire ambiental a 0 ° C
T_s: temperatura màxima del dissipador de calor situat al màxim a 0C
La resistència tèrmica pot ser donada per
R = ∆T / Q
La resistència elèctrica ve donada per
R_e = ∆V / I
La resistència tèrmica entre la unió i el cas del dispositiu ve donada per
R_jc = (∆T_jc) / Q
La resistència a l’enfonsament ve donada per
R_cs = (∆T_cs) / Q
L'aigüera a la resistència ambiental ve donada per
R_sa = (∆T_sa) / Q
Per tant, la unió a la resistència ambiental ve donada per
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Ara, la resistència tèrmica requerida del dissipador de calor és
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
En l'equació anterior, els valors de T_j, Q i R_jc són fixats pel fabricant i els valors de T_a i R_cs estan definits per l'usuari.
Per tant, la resistència tèrmica del dissipador de calor per a l’aplicació ha de ser inferior o igual a la R_sa calculada anteriorment.
En seleccionar el dissipador de calor, cal tenir en compte diversos paràmetres, com ara el pressupost tèrmic permès per als dissipadors de calor, l’estat del flux d’aire (cabal natural, flux mixt baix, convecció forçada de cabal alt).
El volum del dissipador de calor es pot determinar dividint la resistència tèrmica volumètrica per la resistència tèrmica requerida. El rang de resistència tèrmica volumètrica és el següent a la taula que es mostra a continuació.
El gràfic següent mostra la variació de la mida del dissipador de calor d’alumini i de la resistència tèrmica com a exemple d’elecció del dissipador de calor en funció de la resistència tèrmica.
Àrea vs Resistència tèrmica del dissipador de calor
Aquest article tracta sobre el dissipador de calor, els diferents tipus de dissipadors de calor i la importància del dissipador de calor als circuits electrònics en breu. Per mésinformació sobre els dissipadors de calor, envieu les vostres consultes abanscomentant a continuació.
Crèdits fotogràfics:
- Dissipador de calor ecnmag
- Principi de dissipador de calor de streacom
- Tipus de dissipadors de calor per refrigeració electrònica
- Dissipador de calor d'alumini de specialchem4polymers
- Àrea vs Resistència tèrmica del dissipador de calor per designworldonline
