Heatsinks voor elektronische apparatuur

Heatsinks worden in veel elektronische apparatuur gebruikt om ervoor te zorgen dat warmte kan worden verwijderd uit apparatuur of bepaalde componenten daarin. Met microprocessors die tegenwoordig erg heet worden, hebben ze normaal gesproken heatsinks vastgeklemd of bevestigd, en daarnaast zijn er ook ventilatoren in pc's om ervoor te zorgen dat de componenten koel blijven en binnen hun bedrijfstemperatuurbereik werken. Het zijn niet alleen pc's die koellichamen bevatten. Veel andere apparaten bevatten ze. Heatsinks worden in feite overal gebruikt waar warmtebronnen zijn, en deze warmte moet worden afgevoerd.

Heatsinks kunnen verschillende vormen aannemen en zijn overal verkrijgbaar voor elektronische toepassingen. Als er maar een kleine hoeveelheid warmte moet worden afgevoerd, kunnen kleine of eenvoudige heatsinks worden gebruikt. Als er echter aanzienlijke hoeveelheden warmte moeten worden afgevoerd, zijn er meer gecompliceerde koellichamen nodig. Met behulp van enkele relatief eenvoudige thermische berekeningen is het mogelijk om te bepalen welke heatsinks van toepassing kunnen zijn voor een bepaalde toepassing. Ze zijn gespecificeerd op een manier die het mogelijk maakt hun prestaties te bepalen.

Soorten heatsinks en hun specificaties

Heatsinks zijn er in verschillende maten en vormen. Het belangrijkste doel van een koellichaam is om warmte af te voeren van de bron waar deze zo efficiënt mogelijk wordt gegenereerd. Om dit te bereiken moet een koellichaam een ​​zo groot mogelijk oppervlak hebben waarover de warmte aan de lucht kan worden overgedragen. Vaak vindt de warmteoverdracht plaats met behulp van convectie, maar er kunnen ook ventilatoren worden gebruikt, wat hun prestatie aanzienlijk verbetert.

Normaal gesproken wordt een koellichaam gespecificeerd in termen van zijn dissipatie voor een gegeven temperatuurstijging, d.w.z. zijn thermische weerstand. De warmteafgifte wordt gegeven in een aantal watt, en de temperatuurstijging in graden Celsius. Zo kan een bepaald koellichaam een ​​vermogen hebben van 10 watt per graad Celsius. Dit betekent dat als het 10 watt aan vermogen dissipeert, de temperatuur 1 graad zal stijgen. Evenzo, als het 100 watt dissipeert, zal de temperatuur 10 graden stijgen.

Deze cijfers zijn essentieel voor eventuele thermische berekeningen die nodig zijn. Door de prestaties van het koellichaam te kennen, kan de juiste worden gekozen voor de vereiste warmteafvoer en toegestane temperatuurstijging.

Eenvoudige thermische berekeningen

Het is mogelijk om enkele eenvoudige thermische berekeningen uit te voeren om de vereiste prestatie voor een koellichaam te bepalen. Hoewel sommige thermische berekeningen erg ingewikkeld kunnen zijn, zijn de thermische berekeningen die nodig zijn voor het kiezen van koellichamen zeer eenvoudig en vrij eenvoudig.

De eerste stap bij elke thermische berekening is het bepalen van de hoeveelheid stroom die wordt gedissipeerd. Dit wordt eenvoudig gedaan met behulp van een van de drie onderstaande vergelijkingen:

Vermogen (watt) = spanning (volt) x stroom (ampère)

Vermogen (watt) = spanning ² / Weerstand (Ohm)

Vermogen (watt) = stroom ² / Weerstand (Ohm)

Met de vermogensdissipatie van de component berekend, kan de volgende stap in de thermische berekeningen worden ondernomen. Dit is om de vereiste thermische weerstand van het koellichaam te berekenen.

De thermische weerstand van de heatsink = (Max temperatuurstijging / watt gedissipeerd) - (junctie naar kastweerstand + kast naar koellichaam weerstand)

De bovenstaande vergelijking bevat termen die worden gebruikt voor halfgeleiderelementen, de items die meestal heatsinks nodig hebben. Vaak is het niet mogelijk invloed te hebben op de ontvangst van data voor de junctie op kastweerstand, of voor de kast op koellichaamweerstand. Het is dus het veiligst om een ​​kleine marge te laten om deze te dekken. Dit betekent dat door een marge over te laten, de vergelijking vereenvoudigt tot:

Thermische weerstand van het koellichaam = Max temperatuurstijging / watt gedissipeerd

Overzicht

Heatsinks zijn een essentieel onderdeel van veel elektronica-ontwerpen. Voor componenten die grote hoeveelheden warmte afvoeren, is een koellichaam een ​​essentiële vereiste, en vaak zijn er ook ventilatoren nodig om te helpen bij de koeling. De thermische berekeningen die nodig zijn om het koellichaam te selecteren, kunnen vrij eenvoudig zijn, hoewel sommige thermische berekeningen om complexere thermische problemen vast te stellen, zeer ingewikkeld kunnen zijn. Gelukkig zijn deze zelden nodig voor huisontwerpen.

Bekijk de video: Fusion 360 Thermal Simulation of CPU Heatsink: Heat Transfer Analysis Tutorial (Juli- 2022).