Ogni componente elettrico ed elettronico in un circuito genera una certa quantità di calore mentre il circuito viene eseguito fornendo alimentazione. Tipicamente dispositivi semiconduttori ad alta potenza come transistor di potenza e l'elettronica opto come diodi emettitori di luce , i laser generano calore in quantità considerevoli e questi componenti sono inadeguati per dissipare il calore, poiché la loro capacità di dissipazione è significativamente bassa.
A causa di ciò, il riscaldamento dei componenti porta a guasti prematuri e può causare guasti dell'intero circuito o delle prestazioni del sistema. Quindi, per vincere questi aspetti negativi, è necessario prevedere dei dissipatori di calore a scopo di raffreddamento.
Cos'è un dissipatore di calore?
Radiatore
Il dissipatore di calore è un componente elettronico o un dispositivo di un circuito elettronico che disperde il calore da altri componenti (principalmente dai transistor di potenza) di un circuito nel mezzo circostante e li raffredda per migliorarne le prestazioni, l'affidabilità ed evita anche il guasto prematuro dei componenti. Ai fini del raffreddamento, incorpora un ventilatore o un dispositivo di raffreddamento.
Principio del dissipatore di calore
La legge di Fourier della conduzione del calore afferma che se il gradiente di temperatura è presente in un corpo, il calore si trasferirà da una regione ad alta temperatura a una regione a temperatura consentita e ciò può essere ottenuto in tre modi diversi, come convenzione, radiazione e conduzione.
Principio del dissipatore di calore
Ogni volta che due oggetti con temperatura diversa entrano in contatto tra loro, si verifica una conduzione che fa sì che le molecole in rapido movimento dell'oggetto ad alta temperatura entrino in collisione con le molecole a movimento lento degli oggetti più freddi e, quindi, trasferisca energia termica all'oggetto più freddo , e questo è definito come conduttività termica.
Allo stesso modo, il dissipatore di calore trasferisce il calore o l'energia termica da un componente ad alta temperatura a un mezzo a bassa temperatura come aria, acqua, olio, ecc. Di solito l'aria viene utilizzata come mezzo a bassa temperatura e, se l'acqua è usata come mezzo, quindi viene definito piatto freddo.
Tipi di dissipatori di calore
I dissipatori di calore sono classificati in diverse categorie in base a diversi criteri. Consideriamo i tipi principali, vale a dire dissipatori di calore attivi e dissipatori di calore passivi.
Tipi di dissipatori di calore
Dissipatori di calore attivi
Questi sono generalmente del tipo a ventola e utilizzano l'alimentazione per scopi di raffreddamento. Possono anche essere definiti come dissipatore di calore o ventole. I ventilatori sono ulteriormente classificati come tipo con cuscinetto a sfere e tipo con cuscinetto a manicotto. I ventilatori del motore con cuscinetti a sfera sono preferiti in quanto la loro durata di lavoro è più lunga e sono più economici quando si tratta di un utilizzo lungo. Le prestazioni di questi tipi di dissipatori di calore sono eccellenti, ma non per applicazioni a lungo termine in quanto sono costituiti da parti mobili e sono anche un po 'costosi.
Dissipatori di calore passivi
Questi non possiedono componenti meccanici e sono realizzati con radiatori alettati in alluminio. Questi dissipano l'energia termica o il calore utilizzando il processo di convezione. Questi sono più affidabili dei dissipatori di calore attivi e, per un funzionamento efficiente dei dissipatori di calore passivi, si consiglia di mantenere un flusso d'aria continuo attraverso le loro alette.
Dissipatore di calore in alluminio
I dissipatori di calore sono generalmente fatti di metalli e l'alluminio è il metallo più comune utilizzato nel dissipatore di calore.Siamo consapevoli del fatto che la conducibilità termica di ogni metallo è diversa.La conducibilità termica del metallo è proporzionale al trasferimento di calore nel dissipatore di calore . Pertanto, se la conduttività termica del metallo aumenta, allora il
aumenterà anche la capacità di trasferimento del calore del dissipatore di calore.
Dissipatore di calore in alluminio
La conducibilità termica dell'alluminio è di 235 W / mK è il metallo più economico e leggero. I dissipatori di calore in alluminio sono anche chiamati dissipatori di calore estrusi in quanto possono essere realizzati mediante estrusione.
Dissipatori di calore stampati
Questi sono fatti di metalli che vengono stampati per formare una forma particolare. Questo timbro crea i dissipatori di calore ogni volta che il metallo viene spostato attraverso la macchina di stampaggio. Questi sono più economici rispetto ai dissipatori di calore estrusi.
Questi sono usati per applicazioni a bassa potenza e quindi hanno prestazioni ridotte.
Lavorazione di dissipatori di calore
Questi sono prodotti mediante un processo di lavorazione, spesso la sega circolare viene utilizzata per rimuovere un blocco di materiale per realizzare inter-alette con spaziatura precisa. Questi sono costosi in quanto molto metallo può essere considerato uno spreco nel processo di produzione.
Dissipatori di calore con alette incollate
Questi sono spesso usati per applicazioni fisicamente grandi che richiedono prestazioni ragionevoli come la saldatura elettrica e Applicazioni DC-DC brick . Questi sono realizzati incollando singole alette di un metallo alla base di un dissipatore di calore. Questo può essere fatto in due metodi: epossidico termico che è economico e l'altro è mediante brasatura che è costosa.
Dissipatori di calore con alette ripiegate
Questi dissipatori di calore ad alette piegate hanno un'ampia superficie e possiedono materiale del dissipatore di calore piegato e, quindi, hanno prestazioni molto elevate e densità del flusso di calore molto elevata. In questi dissipatori, l'aria viene diretta a fluire direttamente nei dissipatori di calore attraverso una sorta di condotto. Ciò rende il tutto costoso poiché il costo di produzione e canalizzazione è incluso nel costo complessivo del lavello.
Dissipatori di calore smussati
Per la produzione di questi lavelli viene utilizzato il processo di raschiatura, che prevede la produzione di blocchi di metalli molto fini, generalmente rame. Quindi, questi sono chiamati come dissipatori di calore skived. Si tratta di dissipatori di calore con prestazioni medio-alte.
Dissipatori di calore forgiati
I metalli come rame e alluminio sono usati per formare dissipatori di calore utilizzando forze di compressione. Questo processo è definito come processo di forgiatura. Quindi, sono chiamati come dissipatori di calore forgiati.
Dissipatori di calore ad aletta singola
Questi sono leggeri e possono essere installati in spazi ristretti. Possiedono anche capacità da basse ad alte prestazioni e possono essere utilizzati per molte applicazioni. Ma il principale svantaggio è che sono un po 'costosi.
Dissipatori di calore pressati
Lo stampaggio è un processo di forgiatura a freddo, ma a volte può essere eseguito anche come processo di lavorazione a caldo in cui le dimensioni di un articolo vengono modificate in uno stampo. Questi sono economici, con prestazioni medie e sono limitati nella gestione del flusso d'aria.
Importanza dei dissipatori di calore nei circuiti elettronici
- Un dissipatore di calore è uno scambiatore di calore passivo ed è progettato per avere un'ampia superficie a contatto con il mezzo di raffreddamento circostante come l'aria. I componenti o parti elettroniche o dispositivi che sono insufficienti per moderare la loro temperatura, richiedono dissipatori di calore per il raffreddamento. Calore generato da ogni elemento o componente del circuito elettronico deve essere dissipato per migliorarne l'affidabilità e prevenire il guasto prematuro del componente.
- Mantiene la stabilità termica nei limiti per ogni elettrico e componente elettronico di qualsiasi circuito o parti elettroniche di qualsiasi sistema. Le prestazioni del dissipatore di calore dipendono da fattori quali la scelta di un materiale, il design della protrusione, il trattamento della superficie e la velocità dell'aria.
- Anche le unità di elaborazione centrale e i processori grafici di un computer vengono raffreddati utilizzando i dissipatori di calore. I dissipatori di calore sono anche chiamati dissipatori di calore, che vengono spesso utilizzati come coperture sulla memoria di un computer per dissiparne il calore.
- Se i dissipatori di calore non sono forniti per i circuiti elettronici, ci sarà la possibilità di guasto di componenti come transistor, regolatori di tensione, circuiti integrati, LED e transistor di potenza. Anche mentre saldatura di un circuito elettronico , si consiglia di utilizzare il dissipatore di calore per evitare il surriscaldamento degli elementi.
- I dissipatori di calore non solo forniscono la dissipazione del calore, ma sono anche utilizzati per la gestione dell'energia termica ottenuta dissipando il calore quando il calore è maggiore. In caso di basse temperature, i dissipatori di calore hanno lo scopo di fornire calore rilasciando energia termica per il corretto funzionamento del circuito.
Selezione del dissipatore di calore
Per la selezione del dissipatore di calore dobbiamo considerare i seguenti calcoli matematici:
Prendere in considerazione
D: Tasso di dissipazione del calore in Watt
T_j: temperatura massima di giunzione del dispositivo in 0C
T_c: temperatura della cassa del dispositivo in 0C
T_a: Temperatura aria ambiente a 0C
T_s: temperatura massima del dissipatore di calore posizionata al massimo in modo ordinato rispetto al dispositivo in 0C
La resistenza termica può essere data da
R = ∆T / Q
La resistenza elettrica è data da
R_e = ∆V / I
La resistenza termica tra la giunzione e la custodia del dispositivo è data da
R_jc = (∆T_jc) / Q
Case per affondare la resistenza è data da
R_cs = (∆T_cs) / Q
L'abbassamento della resistenza ambientale è dato da
R_sa = (∆T_sa) / Q
Pertanto, la giunzione alla resistenza ambientale è data da
R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q
Ora, la resistenza termica richiesta del dissipatore di calore è
R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs
Nell'equazione precedente i valori di T_j, Q e R_jc sono fissati dal produttore e i valori di T_a e R_cs sono definiti dall'utente.
Pertanto, la resistenza termica del dissipatore di calore per l'applicazione deve essere inferiore o uguale all'R_sa calcolato sopra.
Nella scelta del dissipatore si devono tenere in considerazione diversi parametri come il budget termico consentito per i dissipatori, la condizione del flusso d'aria (flusso naturale, flusso misto basso, convezione forzata alto flusso).
Il volume del dissipatore di calore può essere determinato dividendo la resistenza termica volumetrica per la resistenza termica richiesta. L'intervallo di resistenza termica volumetrica è il seguente nella tabella riportata di seguito.
Il grafico sottostante mostra la variazione delle dimensioni del dissipatore di calore in alluminio e della resistenza termica come esempio di scelta del dissipatore di calore in base alla resistenza termica.
Area vs resistenza termica del dissipatore di calore
Questo articolo discute del dissipatore di calore, dei diversi tipi di dissipatori di calore e dell'importanza del dissipatore di calore nei circuiti elettronici in breve. Per piùinformazioni riguardanti i dissipatori di calore, si prega di inviare le vostre domande dacommentando di seguito.
Crediti fotografici:
- Dissipatore di calore di ecnmag
- Principio del dissipatore di calore di streacom
- Tipi di dissipatori di calore di elettronica-raffreddamento
- Dissipatore di calore in alluminio di specialchem4polymers
- Area vs resistenza termica del dissipatore di calore di designworldonline
