Što je hladnjak i njegov značaj

Što je hladnjak i njegov značaj

Svaki električna i elektronička komponenta u krugu generira određenu količinu topline dok se krug izvodi pružanjem napajanja. Tipično poluvodički uređaji velike snage poput tranzistori snage i opto elektronika kao što su diode koje emitiraju svjetlost , laseri generiraju toplinu u značajnim količinama, a ove komponente nisu dovoljne za odvođenje topline, jer je njihova sposobnost rasipanja znatno niska.



Zbog toga zagrijavanje komponenata dovodi do preranog kvara i može uzrokovati kvar cijelog kruga ili performansi sustava. Dakle, da bi se pobijedili ovi negativni aspekti, hladnjaci moraju biti osigurani radi hlađenja.


Što je hladnjak?

Hladnjak

Hladnjak





Hladnjak je elektronička komponenta ili uređaj uređaja elektronički sklop koji raspršuje toplinu iz drugih komponenata (uglavnom iz tranzistora snage) kruga u okolni medij i hladi ih radi poboljšanja njihovih performansi, pouzdanosti, a također izbjegava prerani kvar komponenata. U svrhu hlađenja uključuje ventilator ili rashladni uređaj.

Načelo hladnjaka

Fourierov zakon provođenja topline kaže da ako je u tijelu prisutan temperaturni gradijent, toplina će se prenijeti iz područja visoke temperature u područje dopuštenog temperatura. A to se može postići na tri različita načina, kao što su konvencija, zračenje i kondukcija.



Načelo hladnjaka

Načelo hladnjaka

Kad god dva predmeta s različitom temperaturom dođu u kontakt jedni s drugima, dolazi do provodljivosti zbog čega se molekule brzog kretanja predmeta s visokom toplinom sudaraju s sporo pokretnim molekulama hladnijih predmeta i tako prenose toplinsku energiju na hladniji objekt , a to se naziva toplinska vodljivost.

Slično tome, hladnjak prenosi toplinu ili toplinsku energiju s visokotemperaturne komponente na niskotemperaturni medij poput zraka, vode, ulja itd. Obično se zrak koristi kao medij s niskom temperaturom, a ako se voda koristi kao medij, tada se naziva hladnom pločom.


Vrste hladnjaka

Hladnjaci su klasificirani u različite kategorije na temelju različitih kriterija. Razmotrimo glavne tipove, naime aktivni hladnjaci i pasivni hladnjaci.

Vrste hladnjaka

Vrste hladnjaka

Aktivni hladnjaci

To su obično ventilatori i energiju koriste u svrhu hlađenja. Mogu se nazvati i hladnjakom ili ventilatorima. Ventilatori su dalje klasificirani kao tip kugličnih ležajeva i vrsta ležajeva. Ventilatori motora s kugličnim ležajevima su poželjniji jer im je radni raspon duži, a jeftiniji su kada se radi o dugotrajnom rasponu. Izvedbe ovih vrsta hladnjaka izvrsne su, ali nisu za dugotrajnu primjenu jer se sastoje od pokretnih dijelova su također malo skupe.

Pasivni hladnjaci

Oni nemaju nikakve mehaničke komponente i izrađeni su od radijatora s aluminijskim rebrastim rebrastim pločicama. Oni rasipaju toplinsku energiju ili toplinu pomoću postupka konvekcije. Oni su najpouzdaniji od aktivnih hladnjaka, a za učinkovit rad pasivnih hladnjaka preporuča se održavanje kontinuiranog protoka zraka preko njihovih peraja.

Aluminijski hladnjak

Hladnjake su uglavnom izrađene od metala, a aluminij je najčešći metal koji se koristi u hladnjaku. Svjesni smo činjenice da je toplinska vodljivost svakog metala različita. Toplinska vodljivost metala proporcionalna je prijenosu topline u hladnjaku . Dakle, ako se toplinska vodljivost metala poveća, tada je
povećat će se i sposobnost prijenosa topline hladnjaka.

Aluminijski hladnjak

Aluminijski hladnjak

Toplinska vodljivost aluminija je 235 W / mK, najjeftiniji je i najlakši metal. Aluminijski hladnjaci također se nazivaju ekstrudiranim hladnjacima, jer se mogu izraditi ekstruzijom.

Označeni hladnjaci

Napravljeni su od metala koji su utisnuti u određeni oblik. Ovaj žig stvara hladnjake kad god se metal premješta kroz stroj za štancanje. Oni su jeftiniji u odnosu na ekstrudirane hladnjake.
Koriste se za aplikacije male snage, a samim time i niskih performansi.

Obrada hladnjaka

Proizvedeni su postupkom strojne obrade, često se motornom pilom koristi za uklanjanje bloka materijala radi izrade međurebara s preciznim razmakom. Oni su skupi jer puno metala može propasti u proizvodnom procesu.

Hladnjaci s lijepljenim rebrima

Često se koriste za fizički velike primjene koje zahtijevaju razumne performanse poput električnog zavarivanja i Primjene od DC-DC opeke . Izrađuju se lijepljenjem pojedinačnih metalnih rebara na podnožje hladnjaka. To se može postići na dvije metode, naime termički epoksid koji je ekonomičan, a drugi je lemljenjem koje je skupo.

Preklopni hladnjaci

Ovi hladnjaci sa preklopljenim perajama imaju veliku površinu i posjeduju presavijeni materijal hladnjaka, pa stoga imaju vrlo visoke performanse i vrlo visoku gustoću toplinskog toka. U tim umivaonicima zrak je usmjeren da teče izravno u hladnjake kroz nekakav kanal. To sve skupa čini skupim jer su troškovi izrade i odvoda uključeni u ukupne troškove sudopera.

Skived hladnjaci

Za proizvodnju ovih sudopera koristi se postupak skivanja, koji uključuje izradu vrlo finih blokova metala, općenito bakra. Stoga se oni nazivaju preskočenim hladnjacima. To su hladnjaci srednje i visoke izvedbe.

Kovani hladnjaci

Metali poput bakra i aluminija koriste se za stvaranje hladnjaka pomoću tlačnih sila. Taj se postupak naziva kovanjem. Stoga su oni nazvani krivotvorenim hladnjacima.

Hladnjaci s jednim perajem

To su male težine i mogu se instalirati u uskim prostorima. Također posjeduju sposobnost niskih do visokih performansi i mogu se koristiti za mnoge primjene. Ali glavni nedostatak je taj što su malo skuplji.

Izbačeni hladnjaci

Presvlačenje je postupak hladnog radnog kovanja, ali ponekad se može izvesti čak i kao vrući postupak u kojem se dimenzije predmeta mijenjaju u matricu. To su jeftine, srednje performanse i ograničene su u upravljanju protokom zraka.

Važnost hladnjaka u elektroničkim krugovima

  • Hladnjak je pasivni izmjenjivač topline i dizajniran je da ima veliku površinu u kontaktu s okolnim (rashladnim) medijem poput zraka. Komponente ili elektronički dijelovi ili uređaji koji nisu dovoljni za umjeravanje temperature trebaju hladnjake za hlađenje. Toplina koju stvara svaki element ili komponenta elektroničkog sklopa mora se rasipati radi poboljšanja njegove pouzdanosti i sprječavanja preranog kvara komponente.
  • Održava toplinsku stabilnost u ograničenjima za sve električne i elektronička komponenta bilo kojeg sklopa ili elektronički dijelovi bilo kojeg sustava. Učinak hladnjaka ovisi o čimbenicima kao što su izbor materijala, dizajn izbočenja, površinska obrada i brzina zraka.
  • Središnje procesne jedinice i grafički procesori računala također se hlade pomoću hladnjaka. Hladnjaci se nazivaju i raširivačima topline, koji se često koriste kao poklopci u memoriji računala za odvođenje njegove topline.
  • Ako hladnjaci nisu predviđeni za elektroničke krugove, tada će postojati vjerojatnost kvara komponenata poput tranzistora, regulatora napona, IC-a, LED-a i tranzistora snage. Čak i dok lemljenje elektroničkog sklopa , preporuča se korištenje hladnjaka kako bi se izbjeglo pregrijavanje elemenata.
  • Hladnjaci ne samo da osiguravaju odvođenje topline, već se koriste i za upravljanje toplinskom energijom odvođenjem topline kada je topline više. U slučaju niskih temperatura, hladnjaci su namijenjeni pružanju topline oslobađanjem toplinske energije za pravilan rad kruga.

Izbor hladnjaka

Za odabir hladnjaka moramo uzeti u obzir sljedeće matematičke izračune:

Smatrati

P: Stopa odvođenja topline u vatima

T_j: Maksimalna temperatura spoja uređaja u 0C

T_c: Temperatura kućišta uređaja u 0C

T_a: Temperatura vanjskog zraka na 0C

T_s: Maksimalna temperatura hladnjaka smještena krajnje blizu uređaja u 0C

Toplinski otpor se može dati pomoću

R = ∆T / Q

Električni otpor daje

R_e = ∆V / I

Toplinski otpor između spoja i kućišta uređaja dat je sa

R_jc = (∆T_jc) / Q

Slučaj otpora sudoperu daje

R_cs = (∆T_cs) / Q

Umivaonik na otpor okoline daje

R_sa = (∆T_sa) / Q

Dakle, spoj na otpor okoline daje

R_ja = R_jc + R_cs + R_sa = (T_j-T_a) / Q

Sada je potrebna toplinska otpornost hladnjaka

R_sa = (T_j-T_a) / Q-R_jc-R_cs

U gornjoj jednadžbi vrijednosti T_j, Q i R_jc fiksira proizvođač, a vrijednosti T_a i R_cs definiraju korisnici.

Dakle, toplinski otpor hladnjaka za primjenu mora biti manji ili jednak gore izračunatom R_sa.

Pri odabiru hladnjaka, moraju se uzeti u obzir različiti parametri kao što su dopušteni toplinski proračun za hladnjake, stanje protoka zraka (prirodni protok, miješani mali protok, prisilna konvekcija velikog protoka).

Volumen hladnjaka može se odrediti dijeljenjem volumetrijskog toplinskog otpora s potrebnim toplinskim otporom. Raspon volumetrijskog toplinskog otpora je sljedeći u donjoj tablici.

Raspon volumetrijskog toplinskog otpora
Donji graf prikazuje varijacije u veličini aluminijskog hladnjaka i toplinske otpornosti kao primjer odabira hladnjaka na temelju toplinskog otpora.

Područje vs toplinski otpor hladnjaka

Područje vs toplinski otpor hladnjaka

Ovaj članak ukratko govori o hladnjaku, različitim vrstama hladnjaka i važnosti hladnjaka u elektroničkim krugovima. Za višeinformacije u vezi sa hladnjacima, molimo pošaljite vaše upite dokomentirajući u nastavku.

Foto bodovi: