Как спроектировать плоский радиатор

Радиатор — это компонент, который передает тепло от горячего компонента к большей площади поверхности для рассеивания тепла в окружающую среду, тем самым снижая температуру компонента.Согласно этому определению, в качестве радиаторов можно использовать все, от прямоугольных металлических листов до сложных медных или алюминиевых ребер.В качестве пластин можно использовать алюминиевые или медные пластины. эффективные теплоотводы когда места достаточно и/или тепловая мощность компонента низкая.Как показано на рисунке 1, радиатор может представлять собой простую плоскую пластину или металлическую стенку корпуса элемента.

Рисунок 1. Размеры плоского радиатора

Чтобы оценить размеры плоского радиатора, необходимо определить путь теплового потока в окружающую среду и величину сопротивления на этом пути теплового потока.Схема термического сопротивления, показанная на рисунке 2, будет использоваться для представления пути теплового потока.Разберем каждый элемент термостойкости:

Рисунок 2. Схема термического сопротивления плоского радиатора.

Термическое сопротивление от перехода к корпусу:

Термическое сопротивление узла к корпусу (Rth-jc) относится к тепловому сопротивлению от рабочей части полупроводникового прибора до внешней поверхности корпуса (корпуса), на котором будет установлен радиатор.Температура корпуса считается постоянной температурой по всей поверхности аксессуара.рth-jc обычно это значение измерения, предоставленное производителем устройства и указанное в паспорте устройства.

Сопротивление термоконтакта и сопротивление термоинтерфейса:

Контактное термическое сопротивление (Rпродолжение) относится к тепловому сопротивлению между корпусом и радиатором.Как показано на рисунке 3, фактическая площадь контакта меньше кажущейся площади контакта из-за дефектов поверхности корпуса и радиатора.Для расчета R была предложена математическая модель, основанная на контактном давлении, шероховатости поверхности материала и твердости материала.продолжение.Эти модели могут быть довольно сложными, и получить информацию о поверхности материала и твердости может быть сложно.Обычно Рпродолжение определяется на основе экспериментальных данных и предыдущего опыта.

Рисунок 3. Термическое сопротивление контактов, интерфейсов и переходов к корпусу

Чтобы уменьшить влияние Rпродолжение Материал интерфейса, мы использовали материал, заполняющий зазор между корпусом и радиатором.К типам этих материалов относятся специальная термопаста, наполнители, термопрокладки с фазовым переходом и термолента.Теплопроводность этих материалов обычно составляет от 0,5 Вт/мК до 4 Вт/мК.Поскольку зазор между двумя сопрягаемыми поверхностями заполнен материалом термоинтерфейса, тепловое сопротивление между оболочкой и радиатором является функцией толщины, теплопроводности и площади поверхности материала термоинтерфейса, как показано в формуле 1:

t: толщина материала термоинтерфейса

k: теплопроводность материалов термоинтерфейса.

A: видимая площадь контакта

Обратите внимание, что теплопроводность многих термоинтерфейсных материалов меняется в зависимости от давления зажима.Производители обычно указывают эти данные в спецификации продукта.

Термическое сопротивление диффузии:

Сопротивление термодиффузии (Rсп) является результатом теплового потока за счет проводимости между площадью контакта оболочки на поверхности пластины и большей площадью охлаждающей поверхности пластины.Ли и др.В [1] установлено замкнутое уравнение для Rсп.Эти уравнения обеспечивают очень близкое приближение к точным решениям, но не будут обсуждаться здесь из-за сложности необходимых вычислений.

Первым шагом в использовании уравнения Ли является преобразование размеров двух взаимодействующих прямоугольных поверхностей в эквивалентные радиусы с помощью уравнений 2 и 3.

Rсп тогда можно рассчитать по следующей формуле:

Здесь:

hэфф: эффективный коэффициент конвекции пластины

См. уравнение 18 для расчета h.эфф.

kp: Теплопроводность пластины

Конвективное тепловое сопротивление:

Конвективное термическое сопротивление — это степень отвода тепла от поверхности пластины за счет движения воздуха.Для нагретой вертикальной пластины с естественной конвекцией безразмерное число Нуссельта (Nu) [2] получается из уравнения 11. Число Нуссельта — это безразмерная переменная, используемая в расчетах конвекции.

Здесь:

Средний коэффициент конвекции рассчитывается по уравнению 14. Конвективное тепловое сопротивление Rконв является функцией площади поверхности пластины Ap и средний коэффициент конвекции, рассчитанный по уравнению 15. Обратите внимание, что площадь поверхности пластины не включает площадь, создаваемую толщиной пластины, поскольку она намного меньше площади передней и задней поверхности.

Здесь:

kвоздух : теплопроводность воздуха оценивается как Tсреднее

Радиационная термическая стойкость:

Термическое сопротивление, обусловленное излучением, определяется уравнением 16.

Здесь:

Предполагается, что пластина излучает тепло на окружающую большую поверхность, поэтому окружающую среду можно рассматривать как идеальный излучатель или черное тело.В некоторых случаях температура окружающей поверхности может отличаться от температуры окружающего воздуха.В этом случае Тпосол в формуле 15 следует заменить на температуру окружающей поверхности.

Эффективный коэффициент конвекции hэфф, которое используется для расчета сопротивления термодиффузии, получается из уравнения 18.

Значения Rрад, Рконви Рсп не могут быть решены напрямую, поскольку они являются функцией температуры поверхности пластины Ts.Если предположить, что все тепло, вырабатываемое источником тепла, рассеивается плоским радиатором, уравнением энергетического баланса будет уравнение 19.

Здесь:

Вопрос: тепло, выделяемое источником тепла

Ts можно рассчитать с помощью числовых решателей в большинстве математических программ или функции «Поиск цели» в Excel.

Когда известны все тепловые сопротивления, тепловую схему, показанную на рисунке 2, можно упростить до одного теплового сопротивления перехода с окружающей средой R.да используя уравнение 20.

Наконец, температуру перехода или источника тепла можно найти с помощью уравнения 21.

Для разнообразных радиаторов, Уиншер Термал Energy обладает профессиональными возможностями настройки и разнообразными рынками применения, а также может настраивать охлаждающие продукты для различных систем для клиентов.А пока мы учтем множество факторов при проектировании радиатора и продолжим оптимизировать и совершенствовать конструкцию радиатора.Если у вас есть какие-либо вопросы о радиаторах или вам нужно решение для охлаждения, подходящее для вашего бизнеса, оставьте комментарий или свяжитесь с Winshare по электронной почте.