Uobičajena toplinska rješenja elektroničke energetske opreme
Suvremena energetska elektronička oprema brzo se razvija prema visokoj integraciji, visokoj gustoći sklapanja i velikoj radnoj brzini. Kao jezgra energetske elektroničke opreme, čip radi sve brže i brže, troši sve više energije i emitira sve više topline. Ako kapacitet disipacije topline uređaja nije jak, disipacija snage uzrokovat će porast temperature aktivnog područja čipa i temperature spoja u uređaju.
Stopa kvarova komponenti ima eksponencijalni odnos s njihovom temperaturom spoja, a izvedba opada s porastom temperature spoja. Stopa kvarova povećava se dvostruko za svakih 10 stupnjeva povećanja radne temperature komponenti.
Stoga, kako bi se poboljšala radna izvedba i pouzdanost energetske elektroničke opreme, potrebnije je i hitnije provesti razuman toplinski dizajn elektroničke opreme i poduzeti razumne vanjske mjere rasipanja topline. Trenutačno uobičajene tehnologije rasipanja topline energetske elektroničke opreme uključuju hlađenje zrakom, hlađenje tekućinom, tehnologiju toplinskih cijevi itd.
Zračno hlađenje:
Korištenje hladnjaka hlađenog zrakom za hlađenje elektroničkih čipova je najjednostavnija, najizravnija i najjeftinija metoda odvođenja topline. Općenito govoreći, tehnologija zračnog hlađenja ili prisilnog zračnog hlađenja uglavnom se koristi u uređajima ili elektroničkoj opremi s niskom ili srednjom potrošnjom energije. Trenutačno se koriste napredni ventilatori i optimizirani hladnjaki velike površine. Kapacitet hlađenja tehnologije zračnog hlađenja može doseći 50 W · cm-2. Načelo hladnjaka sa zračnim hlađenjem je vrlo jednostavno: toplina koju raspršuje čip prenosi se na metalnu bazu kroz vezivne materijale, a zatim na hladnjak. Toplina se rasipa u zrak kroz prirodnu ili prisilnu konvekciju. Kondukcija i konvekcija dvije su glavne metode prijenosa topline. Za prijenos topline koju rasipa čip u atmosfersko okruženje pod dopuštenim temperaturnim uvjetima, mogu se usvojiti sljedeće metode za jačanje kondukcijskog i konvekcijskog toplinskog hlađenja.
Hlađenje tekućinom:
Hlađenje tekućinom naziva se i vodeno hlađenje. Njegova učinkovitost hlađenja je visoka, njegova toplinska vodljivost je više od 20 puta veća od tradicionalnog hlađenja zrakom i nema velike buke hlađenja zrakom, što može bolje riješiti probleme hlađenja i smanjenja buke. Uređaj za hlađenje tekućinom može se grubo podijeliti u četiri dijela: mikro vodena pumpa, cirkulirajuća cijev, kutija za apsorpciju topline i hladnjak. Princip odvođenja topline vodenog hlađenja je vrlo jednostavan. Disipacija topline za vodeno hlađenje zatvoreni je uređaj za cirkulaciju tekućine. Snagom koju stvara pumpa potiče se cirkulacija tekućine u zatvorenom sustavu, a toplina koju stvara čip koju apsorbira kutija za apsorpciju topline dovodi se do uređaja za raspršivanje topline s veća površina za odvođenje topline kroz cirkulaciju tekućine. Ohlađena tekućina ponovno se vraća u opremu za apsorpciju topline radi kontinuiranog cirkulacijskog hlađenja.
Heatpipe tehnologija:
Toplinska cijev je element za izmjenu topline s visokom učinkovitošću prijenosa topline. Prijenos topline između hladnog i vrućeg fluida povezan je procesom fazne promjene isparavanja i kondenzacije radnog medija u toplinskoj cijevi. Njegova ekvivalentna toplinska vodljivost može doseći 103 ~ 104 puta veću od metalne. U usporedbi s tradicionalnom opremom za raspršivanje topline, toplinska cijev ne treba trošiti energiju, ima mali prostor i visok kapacitet hlađenja, prijenos topline po jedinici površine je visok. Kao učinkovit element koji provodi toplinu, toplinska cijev je prikladna za odvođenje topline pod visokim toplinskim protokom i može se koristiti za elektroničke komponente za postizanje visoke stope izvoza topline. Trenutno je maksimalna snaga rasipanja topline poznatog radijatora s toplinskom cijevi za rasipanje topline elektroničkih komponenti velike snage dosegla 200 W · cm-2.
Različita rješenja toplinskog hlađenja imaju različite prednosti i nedostatke. U praktičnoj primjeni potrebno je odabrati raznolike metode odvođenja topline u skladu s potrebama energetske opreme. Samo na taj način elektronička oprema može u potpunosti ostvariti svoje maksimalne performanse i stabilan vijek trajanja.
