Principiul de proiectare termică a sursei de alimentare cu comutare de mare putere

1. De ce produsele electronice au nevoie de soluție termică

Cipurile produselor electronice sunt foarte integrate, cu cerințe din ce în ce mai funcționale și cerințe de volum din ce în ce mai mici. Componentele de astăzi se dezvoltă rapid spre miniaturizare, funcționalitate ridicată și eficiență ridicată. Componentele de înaltă performanță vor genera multă căldură la viteze mari, iar această căldură trebuie îndepărtată imediat pentru a se asigura că componentele pot funcționa la temperaturi normale de funcționare. Operați la cea mai mare eficiență. Prin urmare, tehnologia aferentă conducției căldurii este contestată în mod constant odată cu dezvoltarea industriei electronice.

2. Tipuri de materiale pentru radiatoare:

Aur, argint, fier, cupru, aluminiu, aliaj de aluminiu, folie de silicon etc.

3. Principiul disipării căldurii

Forma de disipare a căldurii a radiatorului A include în principal radiația și convecția.

Transferul de căldură prin radiație: energia termică este transmisă sub formă de radiație, fără niciun mediu, poate fi transmisă în stare de vid, cum ar fi energia termică a soarelui este transmisă pământului prin univers.

Transferul de căldură convectiv: Energia termică este transmisă prin aer sau alte medii, cum ar fi radiatoarele de convecție pentru a încălzi aerul. Aerul încălzește totul în cameră, iar mișcarea aerului se bazează în principal pe mișcarea aerului pentru a răspândi energia termică.

Radiatoarele cu radiații în sensul tradițional se referă la radiatoarele care reprezintă o parte relativă din disiparea totală a căldurii. În prezent, cele mai obișnuite radiatoare radiante sunt din fontă, radiatoare pe coloană de oțel și radiatoare din compozit cupru-aluminiu. Și așa mai departe, printre ele, energia termică transmisă prin radiație reprezintă doar 30%, iar celelalte 70% energie termică este transmisă prin convecție. Radiatorul de convecție este un radiator practic fără schimb de căldură prin radiație (sau foarte mic), cum ar fi radiatorul de convecție cu tub de cupru Fried. Se încălzește mai confortabil și mai rapid decât un calorifer radiant.

B. Metodele de disipare a căldurii includ disiparea căldurii prin radiație, disiparea căldurii prin conducție, disiparea căldurii prin convecție și disiparea căldurii prin evaporare.

Căldura generată de diferite țesuturi și organe ale corpului este distribuită uniform în toate părțile corpului împreună cu circulația sângelui. Când sângele curge prin vasele de sânge ale pielii, 90% din căldura totală este disipată de piele, astfel încât pielea este partea principală a corpului pentru a disipa căldura. Există, de asemenea, o mică parte din căldură, care este disipată din corp prin plămâni, rinichi și tractul digestiv odată cu respirația, urină și fecale.

(1) Modul de disipare a căldurii - în principal modul fizic

1. Radiația Radiația înseamnă că corpul disipă căldura prin emiterea de raze infraroșii. Când temperatura pielii este mai mare decât temperatura ambiantă, căldura corpului este disipată prin radiații. Disiparea căldurii prin radiații este legată de factori precum temperatura pielii, temperatura ambiantă și zona eficientă de radiație a corpului. În general, disiparea căldurii prin radiații reprezintă 40% din disiparea totală a căldurii. Desigur, dacă temperatura ambientală este mai mare decât temperatura pielii, corpul va absorbi căldura radiantă. Lucrătorii siderurgici lucrează în fața cuptoarelor, la fel ca fermierii care lucrează pe câmpuri sub soare în vara fierbinte.

2. Conducția și convecția Conducția este modul în care corpul disipă căldura prin transferul energiei cinetice moleculare. Atunci când corpul uman este în contact direct cu obiecte care sunt mai reci decât pielea (cum ar fi haine, paturi, scaune etc.), căldura este transferată de la corp către aceste obiecte. Din punct de vedere clinic, utilizarea calotelor de gheață, a pachetelor de gheață și a altor metode de răcire a pacienților cu febră mare folosește acest principiu.

C, schimbul de căldură dintre calorifer și mediu

După ce căldura este transferată în partea de sus a caloriferului, este necesar să disipați căldura transmisă mediului înconjurător cât mai curând posibil. Pentru radiatorul răcit cu aer, este să facă schimb de căldură cu aerul din jur. În acest moment, căldura este transferată între două medii diferite, iar formula urmată este Q= XAX ΔT, unde ΔT este diferența de temperatură dintre cele două medii, adică diferența de temperatură dintre radiator și aerul din jur. ; și este diferența de temperatură a fluidului. Conductivitatea termică, după ce se determină materialul radiatorului și compoziția aerului, este o valoare fixă; cel mai important A este zona de contact dintre radiatorul și aer. Sub premisa că alte condiții rămân neschimbate, cum ar fi volumul radiatorului, în general, va exista. Cu toate acestea, prin schimbarea formei radiatorului, creșterea zonei de contact cu aerul și creșterea zonei de schimb de căldură, este un efect eficient. înseamnă îmbunătățirea eficienței de disipare a căldurii. , Pentru a realiza acest lucru, aria suprafeței este în general mărită prin proiectarea aripioarelor completată de aspre suprafață sau filete.

După ce căldura este transferată în aer, temperatura aerului în contact cu radiatorul va crește rapid. În acest moment, aerul cald ar trebui să ia căldura cât mai mult posibil cu aerul rece din jur prin schimb de căldură, cum ar fi convecția. Pentru radiatoarele răcite cu aer, cel mai important mijloc este de a crește viteza fluxului de aer și de a folosi un ventilator pentru a obține convecția forțată. Acest lucru este legat în principal de designul ventilatorului și de viteza vântului. Eficiența ventilatorului radiatorului (cum ar fi debitul, presiunea vântului) depinde în principal de diametrul palei ventilatorului, lungimea axială, viteza ventilatorului și forma paletei ventilatorului. Debitul ventilatorului este în mare parte în CFM (sistem imperial, picioare cubi/minut), iar un CFM este de aproximativ 0,028 mm3/minut.

Radiator din aluminiu pur

Radiatorul din aluminiu pur este cel mai comun calorifer din primele zile. Procesul său de fabricație este simplu și costul scăzut. Până acum, radiatorul din aluminiu pur ocupă încă o parte considerabilă a pieței. Pentru a crește aria de disipare a căldurii a aripioarelor sale, cea mai folosită metodă de procesare pentru radiatoarele din aluminiu pur este tehnologia de extrudare a aluminiului, iar principalii indicatori pentru evaluarea unui radiator din aluminiu pur sunt grosimea bazei radiatorului și raportul Pin-Fin. . Pin se referă la înălțimea aripioarelor radiatorului, iar Fin se referă la distanța dintre două aripioare adiacente. Raportul Pin-Fin este înălțimea Pinului (excluzând grosimea bazei) împărțită la Fin. Cu cât raportul Pin-Fin este mai mare, cu atât aria eficientă de disipare a căldurii a radiatorului este mai mare și tehnologia de extrudare a aluminiului este mai avansată.

Radiator din cupru pur

Conductivitatea termică a cuprului este de 1,69 ori mai mare decât a aluminiului, așa că, în condițiile în care alte condiții sunt aceleași, radiatoarele din cupru pur pot lua căldură mai repede de la sursa de căldură. Cu toate acestea, textura cuprului este o problemă. Multe „radiatoare de căldură din cupru pur” promovate nu sunt cu adevărat 100% cupru. În lista de cupru, cele cu un conținut de cupru de peste 99 la sută sunt numite cupru fără acid, iar următorul grad de cupru este cuprul Dan cu un conținut de cupru mai mic de 85 la sută. Majoritatea radiatoarelor din cupru pur de pe piață au în prezent un conținut de cupru între cele două. Conținutul de cupru al unor radiatoare inferioare de cupru pur nu este nici măcar de 85%. Deși costul este foarte mic, conductivitatea sa termică este mult redusă, ceea ce afectează disiparea căldurii. În plus, cuprul are, de asemenea, deficiențe evidente, cum ar fi costul ridicat, procesarea dificilă și masa prea mare a radiatorului, care împiedică aplicarea radiatoarelor din cupru. Duritatea cuprului roșu nu este la fel de bună ca cea a aliajului de aluminiu AL6063, iar performanța unor prelucrări mecanice (cum ar fi canelarea) nu este la fel de bună ca cea a aluminiului; punctul de topire al cuprului este mult mai mare decât cel al aluminiului, ceea ce nu este propice formării prin extrudare (ExtrusiON) și așa mai departe.

Deși cele mai utilizate materiale pentru radiatoare sunt cuprul și aliajele de aluminiu, aliajele de aluminiu sunt ușor de prelucrat și costuri reduse și sunt cele mai utilizate materiale. Conductivitatea termică mai mare a cuprului face ca capacitatea sa de absorbție instantanee a căldurii să fie mai bună decât cea a aliajelor de aluminiu. Viteza este mai mică decât cea a aliajului de aluminiu. Prin urmare, indiferent de radiatorul de cupru pur, aluminiu pur sau aliaj de aluminiu, există un defect fatal: deoarece este utilizat un singur material, deși capacitatea de bază de disipare a căldurii poate satisface nevoile de disipare a căldurii ușoare, nu poate echilibra bine conducția căldurii. . Cele două cerințe de capacitate și capacitatea de căldură sunt oarecum depășite în ocaziile cu cerințe mari de disipare a căldurii.

Tehnologie de lipire cupru-aluminiu

După ce au luat în considerare deficiențele respective ale cuprului și aluminiului, unele radiatoare de ultimă generație de pe piață folosesc adesea procese de fabricație combinate cupru-aluminiu. Aceste radiatoare folosesc de obicei baze metalice de cupru, în timp ce aripioarele radiatorului sunt realizate din aliaj de aluminiu. Desigur, pe lângă baza de cupru, există și metode precum utilizarea stâlpilor de cupru pentru radiatorul, care este, de asemenea, același principiu. Cu o conductivitate termică ridicată, suprafața inferioară de cupru poate absorbi rapid căldura eliberată de CPU; aripioarele din aluminiu pot fi transformate în cea mai favorabilă formă pentru disiparea căldurii prin procese complexe și oferă un spațiu mare de stocare a căldurii și o eliberează rapid. S-a găsit un echilibru în toate aspectele.

Căldura este disipată de la miezul procesorului la suprafața radiatorului, care este un proces de conducere a căldurii. Pentru baza radiatorului, deoarece este în contact direct cu o zonă mică de sursă mare de căldură, este necesar ca baza să poată conduce rapid căldura. Utilizarea materialelor cu conductivitate termică mai mare pentru radiatorul este foarte utilă pentru îmbunătățirea conductibilității termice. Din tabelul de comparație al sistemului de conducție a căldurii se poate observa că, de exemplu, conductivitatea termică a aluminiului este de 237W/mK, iar conductibilitatea termică a cuprului este de 401W/mK. Comparând caloriferele de același volum, greutatea cuprului este de 3 ori mai mare decât a aluminiului, în timp ce căldura specifică a aluminiului este de 3 ori. Este de numai 2,3 ori mai mare decât cuprul, așa că sub același volum, un calorifer de cupru poate reține mai multă căldură decât un radiator de aluminiu și se încălzește mai lent. Cu aceeași grosime a bazei radiatorului, cuprul nu numai că poate elimina rapid temperatura surselor de căldură, cum ar fi CPU Die, dar și propria sa creștere a temperaturii este mai lentă decât cea a radiatoarelor din aluminiu. Prin urmare, cuprul este mai potrivit pentru realizarea suprafeței inferioare a radiatorului.

Cu toate acestea, combinarea acestor două metale este relativ dificilă, iar afinitatea dintre cupru și aluminiu este slabă. rezistenta termica). În proiectarea și producția efectivă, producătorii încearcă întotdeauna să reducă pe cât posibil rezistența termică a interfeței și să evite punctele slabe, care reflectă adesea capacitățile de proiectare și procesele de producție ale producătorului.

4. Mediu termic - silicagel conductiv termic.

A. Ce este rezistența termică?

Așa-numita „rezistență termică” (rezistență termică) se referă la un parametru cuprinzător care reflectă capacitatea de a preveni transferul de căldură. Conceptul de rezistență termică este foarte asemănător cu cel de rezistență, iar unitatea este, de asemenea, similară - grad /W, adică diferența de temperatură dintre cele două capete ale căii de conducție a căldurii atunci când puterea de transfer de căldură continuu a obiectului este de 1W .

b. Rezistența termică a aerului este cea mai mare din natură, iar valoarea sa este apropiată de 0,03W/mK;

c. Umpleți golul dintre corpul de încălzire și radiatorul metalic pentru a reduce aerul, astfel încât corpul de încălzire și radiatorul să prezinte disiparea căldurii prin convecție directă.

d. Foaia de silicon conductoare termic poate, de asemenea, disipa căldura indirect, adică este expusă în exterior, deci se numește radiator.

Sinda Thermal este un producător de frunte de radiatoare, deținem o echipă de experți în domeniul termic și multe facilități și echipamente precise, putem oferi cea mai competitivă cotație și radiatoare de înaltă calitate. Vă rugăm să ne contactați liber dacă aveți cerințe termice.