טכנולוגיית קירור שיכולה לשפר את פיזור החום ואת עקרון העבודה שלו

כעת, הבה ניכנס לבעיה האולטימטיבית שלכולם אכפת ממנה: פיזור חום.

סנפיר חום

גוף הקירור הוא מכשיר העברת חום פסיבי. בעת העברת חום מאריזת ה-IC לסביבה הסובבת, ההתנגדות התרמית שלה קטנה בהרבה מההתנגדות התרמית המקבילה מהאריזה לסביבה הנגרמת מהסעה תרמית וקרינה תרמית.

איור 1 מציג את מודל ההתנגדות התרמית של גוף הקירור N-fin (N הוא מספר סנפיר), כאשר חומר הממשק התרמי (TIM) מחובר לחלק העליון של האריזה. אנחנו צריכים TIM כדי לשפר את המגע בין החבילה לגוף הקירור, ולכן ההתנגדות התרמית האפקטיבית של גוף הקירור צריכה לכלול את ההתנגדות התרמית של ה-TIM.

ההתנגדות המקבילה של גוף הקירור שווה בערך להתנגדות ה-TIM בתוספת ההתנגדות בתחתית גוף הקירור, וההתנגדות של גוף הקירור חלקי המספר N. מכיוון ששטח גוף הקירור יכול להיות גדול יותר משטח הפנים העליון של האריזה, הסעת החום ועמידות קרינת החום שלה יכולים להיות קטנים יותר מהתנגדות הסעת החום וקרינת החום של המשטח העליון של האריזה. בנוסף, אם מחלקים את ההתנגדות במספר סנפיר של גוף הקירור, ניתן להגיע לשיפור של N פעמים. עם זאת, עבור שטח נתון של מצע גוף קירור, כאשר העלייה בסנפיר גבוהה מכמות מסוימת, בסופו של דבר זה יגרום לעלייה של ההתנגדות התרמית של כל סנפיר: הסיבה לכך היא שגוף הקירור מתחיל להתקרב זה לזה ולהפחית את היעילות האפקטיבית. מקדם העברת חום. . ומכיוון שהתנגדויות תרמיות אלו מגדילות ישירות את ההתנגדות התרמית האפקטיבית של גוף הקירור, חשוב מאוד לבחור בחומרים מוליכות תרמית גבוהה לגוף הקירור ול-TIM על מנת לשפר את הביצועים הכוללים של גוף הקירור.

מפזר חום

טכניקה נוספת לקירור מערכות אלקטרוניות היא שימוש בצינורות תרמיים ובצלעות קירור כדי להפיץ יותר חום מה-IC לחלק האחורי של ה-PCB. חורי פיזור החום הממוקמים מתחת ל-IC יכולים להפחית באופן משמעותי את ההתנגדות התרמית של ה-PCB ולעזור להוביל חום ללוחית פיזור החום המונחת בתחתית ה-PCB. הרדיאטור עשוי מחומר מוליכות תרמית גבוהה (כגון גרפיט) ​​ויש לו שטח פנים גדול יותר כדי לשפר את פיזור החום.

אוהד

כאשר גופי קירור פסיביים או רדיאטורים אינם מספיקים כדי לסלק חום, גם מערכות אלקטרוניות צרכניות כגון מחשבים שולחניים, מחשבים ניידים, מקרנים וכו' יכולות להשתמש במאווררים אלקטרוניים כדי לפזר חום. מאווררים משתמשים במנועים חשמליים ודורשים חשמל כדי להעביר באופן אקטיבי את זרימת האוויר ברחבי המערכת כדי להסיר חום. זה עלול לגרום לרעש שמע, ולכן יש לקחת בחשבון בעיות רעש ואמינות בעת בחירת מאוורר. מאווררים רבים כיום יכולים להשתמש באותות pulse width modulation (PWM) כדי לשלוט במהירות, כך שתוכל לתכנן מערכת ניהול תרמית כדי להתאים באופן דינמי את מהירות המאוורר על סמך טמפרטורת המערכת.

צינור חימום

צינור החום הוא מכשיר להעברת חום המשתמש בעקרונות של הולכת חום ושינוי פאזה להעברת חום בין רכיבים מוצקים. שינוי הפאזה של צינור הרדיאטור מתייחס בדרך כלל לתהליך בו הנוזל מגיע לנקודת הרתיחה בקצה האידוי ומתאדה ומתפשט לתוך הצינור כגז. לאחר שהוא מגיע לקצה הקר, הוא מתעבה ומשחרר חום, ואז הנוזל זורם בחזרה לקצה האידוי בפעולה נימית. בתנועה של העברת חום מקצה האידוי לקצה העיבוי, תהליך זה יחזור על עצמו ברציפות. צינורות חום נמצאים בשימוש נרחב גם במערכות אלקטרוניות לצרכן, כגון מחשבים, טאבלטים וסמארטפונים.

מצערת דינמית

לבסוף, כמהנדסי חשמל, אנו אכן יכולים להשתמש בטכניקות מצערת כוח שונות כדי לשלוט בצריכת החשמל של המערכת, אך בדרך כלל זה מפחית את ביצועי המערכת. המטרה שלנו היא לאפשר ללקוחות לקבל את חווית המשתמש הטובה ביותר תוך שקלול ביצועים ככל האפשר. מערכות אלקטרוניות רבות משתמשות כיום בחיישנים תרמיים בכל ה-PCB, מה שמאפשר למעבד המובנה לנטר את הטמפרטורה במערכת ולקבל החלטות מצערת דינמיות כאשר הטמפרטורה עולה. כמהנדסי חשמל, אנו מבינים באופן טבעי את עקומות ההספק השונות של המערכת. אנו יכולים להשיג את הציפיות שלנו על ידי הפעלת המאוורר, הפחתת פונקציות, השבתת חלקים שונים של המערכת או הגבלת מהירות השעון כאשר טמפרטורת המערכת מגיעה לספי טמפרטורה שונים.